Фізіологічне значення калію для рослин

     Міністерство  освіти та науки України

     Національний  авіаційний університет

     Інститут  міського господарства

     Кафедра екології 
 
 
 
 

       КУРСОВА РОБОТА

     З дисципліни «Біогеохімія»

     на  тему : «Фізіологічне значення калію  для рослин» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Київ 2010

ЗМІСТ

ВСТУП.............................................................................................................3

ФІЗІОЛОГІЧНЕ  ЗНАЧЕННЯ КАЛІЮ ДЛЯ РОСЛИН...............................5 

Дефіцит калію  в рослині..........................................................................12

Вплив калію  на якість урожаю................................................................15

Роль калію  на здоров'я рослин................................................................16

Калій і стійкість  рослин...........................................................................17 

ВИСНОВКИ.....................................................................................18 

ЛІТЕРАТУРА..................................................................................................19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

            ВСТУП

   Хімічна промисловість виготовляє тепер  для сільського господарства хлористий калій, який містить 48—60% окису калію, 30- і 40-процентні калійні солі, 48—52-процентний сірчано-кислий калій та 26-процентну калійну магнезію, або 19-процентний калімаг. Крім того, в розмеленому вигляді використовують сирі калійні солі — 15-17-процентний сильвініт і 10-процентний каїніт.

   В процесі переробки калійних солей, крім калійних добрив, одержують велику кількість хлористого магнію-бішафіту та кухонної солі — галіту. Я. А. Фіалков зазначає, що каїнітова сіль містить головним чином каїніт і хлористий натрій, утворюючи могутні поклади біля Калуша. Є всі підстави вважати, що поклади каїніту являють собою мінерали первинного походження і що ці поклади відомі лише у Прикарпатті.

   У масивних товщах каїнітової солі є  багато інших мінералів— шеніту, полігаліту, кізериту, лангбейніту, левеїту, леоніту та карналіту. Деякі з цих солей утворювалися внаслідок розкладу каїніту. Поряд з тим в каїнітових солях, а також в каїніто-магнієвих породах є багато глинних речовин, що в деяких зразках досягають 30%. Саме наявність такої кількості глини або мулу і є причиною дуже важкої хімічної переробки прикарпатських покладів.

   Мінерал каїніт у чистому вигляді має 29,64% хлористого калію, 48,36% сірчанокислого магнію, 21,70% води. Вміст окису калію досягає в ньому 18,8%. У чистому вигляді калушський каїніт янтарно-жовтого кольору, проте домішки  надають  йому темно-сірого забарвлення.

   Мінералогічний  склад каїнітових з калуських і голинських родовищ наведено (в табл. 1.) 

   Таблиця. 1

   Мінералогічний  склад каїнітових з калуських і  голинських родовищ

   З наведених даних видно, що як каїнітова сіль дуже корисна для сільського господарства, бо в ній є значна кількість мінералів, що мають у своєму складі окис калію та інші сполуки.

     Завдяки різному співвідношенню  домішок хлористого натрію і сірчанокислих натрію та магнію вміст окису калію коливається від 45 до 50%. Сірчанокислий калій можна добути розкладанням хлористого калію сірчаною кислотою, внаслідок чого, крім сірчанокислого калію, утворюється соляна кислота, яку використовують для виробництва преципітату та інших сполук.

   Добування сірчанокислого калію складніше, тому його застосовують для найцінніших культур, для яких наявність хлору в калійних добривах дуже шкідлива. До таких культур належать виноград, цитрусові, високосортні тютюни, бавовник, картопля, а також цукрові буряки.

ФІЗІОЛОГІЧНЕ  ЗНАЧЕННЯ КАЛІЮ ДЛЯ РОСЛИН 

  Найбільш  ефективним треба визнати вплив  калію на рослини за умов забезпечення їх азотним і фосфатним живленням. При цьому використання аміачних форм азотних добрив збільшує потреби рослин на калій.

  При нестачі калію завжди спостерігається  зменшена стійкість рослин проти грибкового захворювання. Підвищена чутливість до нестачі калію властива таким сільськогосподарським культурам, як льон, тютюн, картопля, цукрові, кормові і столові буряки, соняшник, конюшина, люцерна, люпин  і овочеві культури.

  Дослідження фізіологів показали, що однією з фізіологічних функцій калію для цукрових буряків і інших культур є позитивний його вплив на збільшення обводнення клітинних колоїдів, насамперед протоплазми у дисперсному стані. Хоч калій безпосередньо і не входить до складу ядра клітини, хлоропластів і клітинних оболонок, проте його роль в житті протоплазми величезна. Відомо, що молоді найжиттєдіяльніші  органи рослин  — листки,  бруньки  і   меристема тканини — дуже  багаті на калій; він становить близько 50% суми зольних елементів. У старих органах рослин калію мало,   бо він пересувається в молоді  багаті  па  протоплазму частини рослин.

  Важливо відзначити, що майже весь калій  перебуває в рослині у вигляді мінеральних електролітних сполук. Спроби західноєвропейських і деяких учених нашої країни замінити калій натрієм, літієм, рубідієм або цезієм були безпідставними. Вченими беззаперечно доведена позитивна роль калію у підвищенні життєвості протоплазми  всіх  сільськогосподарських  культур.  Калій впливає також на синтез вуглеводів, їх пересування і на процеси газообміну при диханні рослин. Роботами А. В. Володимирова показано, що калій підсилює пересування цукрів з пластинок листків до кореню цукрових буряків, в зв’язку з чим підвищувалась їх цукристість.

  С.С. Баславська довела, що калій за дуже короткий час впливу на рослину змінював співвідношення між білковим і небілковим азотом.

  Дослідження   Н.    С.   Туркової   показали,   що   збільшення вмісту калію в рослинах сприяло підсиленню відновлених властивостей тканий. Причиною цього було значне нагромадження глютатіону. 

    У дослідах І. Р. Юзбашяна  калій   позитивно   впливав  на якість томаті, у складі яких підвищувався вміст сухих речовин, інвертного цукру і вітаміну С; при цьому зменшувалась кислотність плодів  і підвищувалась стійкість їх проти загнивання верхівок.

   В дослідженнях П.   А.   Власюка із  співробітниками різні форми калійних добрив, залежно   від різних   аніонів, неоднаково впливали на врожай і фізіологічні процеси у рослин як із зрошенням,   так і без нього.   Наприклад, у рослин бавовннка сірчанокислий калій   і   калій-магнезія   сприяли   підсиленню   процесів   пересування   цукрів з  листків   до   генеративних   органів, а   хлористий   калій підсилював    нагромадження   цукрів,   але   послаблював пересування їх в інші органи рослин. Сірчанокислі форми калійних добрив підсилювали нагромадження нуклеопротеїдів, а калій-магнезія   збільшувала   вміст   фосфатидів. Одним з найважливіших засобів для підвищення врожайності зернових хлібів в умовах зрошення, як зазначає М. С. Петінов, є безперебійне постачання їх водою і особливо калійним   (на фоні азотного   і   фосфатного)    живленням.

  За  допомогою методу радіоактивного ізотопу  вуглецю 14 встановлено, що листки рослин пшениці за умов зрошення під впливом калійних добрив швидше   і повніше звільняються від нагромаджених продуктів фотосинтезу. При   недостачі  калію,  незважаючи на  повну забезпеченість рослин всіма іншими елементами живлення, процеси пересування і використання вуглеводів  гальмуються, внаслідок чого    при диханні витрачається   велика   кількість білків. Нашими дослідженнями показано, що недостача калію паралізує також активність ферментів, які обумовлюють розклад складних форм вуглеводів і підсилюють обмін речовин у рослин. Тепер встановлено що, недостача калію обумовлює мляву функцію пересування глюкози   і гальмування синтетичних  процесів.

  Численними  дослідженнями, проведеними в нашій  країні, встановлено, що вплив калію  на рослини великою мірою залежить від форми калійних добрив. Наприклад, хлористі  сполуки  калію  сприяють    омолодженню листя, а сірчанокислі, як правило, обумовлюють прискорення їх старіння і відмирання, що особливо спостерігалось на таких культурах, як цукрові буряки, картопля, бавовник і конюшина. 

  Треба також зазначити, що з усіх основних добрив тільки калійні добрива радіоактивні, що також справляє певний вплив на біохімічні і фізіологічні процеси які, відбуваються в рослинах.

  Радіоактивні  властивості калію були відкриті  ще   в 1907  р.  При  цьому було встановлено,  що  ізотоп  калію з атомною вагою 40 і періодом піврозпаду близько 500 млн. років випромінює бета-проміння у вигляді етектронів.

  Вміст радіоактивного ізотопу калію в  калійних добривах становить 0,012% до загальної кількості калію.

  За  даними Є. С. Бурксера, сирі калійні солі завжди характеризуються радіоактивністю, проте радіоактивність калійних солей завжди перевищує радіоактивність калію, що міститься в цих солях в цих солях. Це пояснюється тим що в калійних солях можуть бути сліди радію, торію і гелію які дуже радіоактивні. Всі калійні добрива мають помітну радіоактивність, яка спричинює випромінювання, що потрапляє в рослину.

  Як  показали  численні дослідження вчених, вплив  радіоактивного випромінювання на рослини залежить від проникнення його в тканини, від здатності речовин, що є в організмі, до іонізації, від стадії розвитку і фази росту рослин в момент опромінювання, а також від типу випромінювань і їх дозування. Від великих доз радіоактивного випромінювання виникають каламутність протоплазми і зміна в ній іонного режиму електролітів, структури білкових молекул, що спричинює двофазну  відповідну   реакцію  рослини  на  випромінювання. Під  впливом   випромінювання,   залежно   від   його   доз в  рослині спочатку або прискорюються процеси синтезу, або, якщо дози випромінювання великі, гальмуються процеси розвитку.

  В процесі досліджень виявилося, що у  рослин, опромінюваних в початкові періоди росту, радіоактивність попелу зменшувалась на 24,2% від її природного рівня; це вказувало ніби на заміну частини природної радіоактивності штучною, що відзначали Баранов, Пане і Пенкава.

  Доведено, що реакція організму рослини  на ядерні випромінювання проявлялась у змінах інтенсивності різних фізіологічних процесів, тому позитивний вплив випромінювань на рослини ми пояснюємо роздратуванням протоплазми, яке, проте, не досягає того ступеня, при якому виникають різні патологічні зміни. При цьому спостерігалося, що реакція рослин проявлялась у підвищенні фотосинтезу, залежно від рівня живлення.

  Позитивний  вплив іонізуючих випромінювань  на ріст і врожай особливо яскраво виявлявся при обробці насіння та при позакореневому підживленні озимої пшениці, яка зимувала або довгий час розвивалася при низьких температурах.

    Радіоактивні ізотопи, в тому числі і радіоактивні  ізотопи калію впливають на рослини неоднаково залежно від умов  живлення та фізіологічного стану організму, його видових, а також сортових особливостей.

  Зазначені особливості калію відіграють велику роль в процесі газообміну і взагалі  в процесах обміну речовин. Дія іонізуючих випромінювань калію, як і випромінювання інших ізотопів, обумовлювала збільшений вміст і нагромадження в тканинах рослин сполук глютатіону, який, маючи в своєму складі сульфгідрильну групу, відіграє велику роль в системі цистин—цистеїн—глютатіон, що впливає на окисно-відновні властивості, урожай і продуктивність рослин.

  Доведено, що в процесі росту рослин під  впливом радіоактивних випромінювань  активність поліфенолоксидази в листках цукрових буряків зменшувалася на час утворення   листків і підвищувалася   під   час   нагромадження цукру в коренях,  а  активність ферменту пероксидази — навпаки, підвищувалася під час утворення листків і зменшувалася в період нагромадження цукру.

  В усіх випадках для рослин, які виросли  з насіння, що піддавалося дії  радіоактивного випромінювання, електрорушійна сила тканин з віком листків, як правило, збільшувалася. При цьому під впливом радіоактивних випромінювань у складі рослин з'являлася збільшена кількість аскорбінової кислоти.

  Отже, збільшення вмісту глютатіону і аскорбінової кислоти треба розглядати як утворення буферних захисних специфічних систем у рослин проти ядерних випромінювань і інших не сприятливих умов зовнішнього середовища. З використанням калійних добрив, які містять радіоактивні ізотопи калію, відкриваються нові можливості для підвищення життєвості і продуктивності рослин.

    Значення калію, як одного з катіонів, який входить до складу рослин, полягає в тому, що він підвищує життєвість протоплазми різних тканин рослинного організму. Визначаючи фізіологічне значення калію, що характеризуються наявністю в них вмісту катіону калію у поєднанні з хлористими і сірчанокислими аніонами.

  Калій відіграє більшу роль у рослинному організмі, беручи участь у регуляції  його основних процесів життєдіяльності.

            1. Активація діяльності ферментів:

  У рослині функціонування більше 60 ферментів  має потребу в участі калію. Калій  підвищує активність амілази (діастази), сахаразы (инвертазы) і протеолитических ферментів. Внаслідок цього підвищується його роль у синтезі сахарози, крохмалю й білків, що приводить до одержання високих урожаїв основних сільськогосподарських культур і підвищенню їхньої якості.

  2. Участь у процесі фотосинтезу: 

  Калій регулює діяльність ферментів, які  контролюють протікання процесу  фотосинтезу. Дослідження показали, що зелені листи, у яких утримується  достатня кількість калію, здатні асимілювати  диоксид вуглецю у два рази більше, ніж листи з низьким  змістом калію. Калій сприяє кращому використанню заліза при синтезі хлорофілу. Це особливо помітно при недоліку засвоюваного заліза в ґрунті або в живильному . середовищі  

  3. Регуляція транспорту речовин  у тканинах рослини: 

  Калій регулює процес транспорту речовин  з місця синтезу в органи, що запасають. Транспорт тим ефективніше, чим краще рослина постачена калієм.  

  4. Участь у вуглеводному й білковому  обміні.

  Калій не тільки збільшує зміст вуглеводів, але й змінює співвідношення між  різними групами, сприяючи переходу моносахаридів у сахарозу. При достатньому змісті калію в клітинах рослин поліпшується процес асиміляції азоту, одного з найважливіших елементів для життєдіяльності рослини, і формування протеїнів.  

  5. Вплив на окислювально-відновні  процеси. 

  Ця  роль калію залежить від форми азоту, яким харчуються рослини. При збільшенні концентрації калію на тлі нітратів зміст органічних кислот зменшується, а на тлі аміачного азоту є тенденція до їхнього збільшення.  

  6. Регуляція водного балансу рослин.

  Рослини, у яких утримується достатня кількість калію, здатні ефективніше використати ґрунтову вологу в порівнянні з рослинами з дефіцитом калію. При нормальному змісті калію в рослині для одержання гарного врожаю потрібне менша кількість вологи.  

  7. Підвищення стійкості рослин стосовно холоду, посухам, пестицидам і хворобам.

  Калій збільшує холодостійкість озимих культур  і багаторічних трав. Харчування рослин калієм впливає на якість продукції  при її зберіганні. Відомо, що загнивання корінь багатьох рослин при зимовому зберіганні збільшується при недостатнім харчуванні рослин калієм. При голодуванні калієм цукровий буряк загниває навіть на корені (у поле).  

    Дефіцит калію  в рослині 

  Калій бере участь у багатьох фізіологічних  процесах у рослині, таких як ріст і розмноження, транспорт речовин, передача сигналів й імпульсів. Дефіцит калію приводить до порушення різних метаболічних процесів, що приводить до зниження продуктивності культур й якості врожаю.

  Дослідженнями показано, що при дефіциті калію  зі старих відмерлих органів рослин елемент переміщається в молоді тканини, при цьому використається рослинами повторно (відбувається так називана реутилізація).  
 

  Пшениця

  Недолік калію в рослин пшениці проявляється на нижніх листах, поширюючись на верхні частини рослини залежно від рівня дефіциту елемента. Недостача калію в рослинах пшениці приводить до зниження формування основних ростових гормонів у клітинах. Як й в інших зернових культурах, недолік калію в пшениці часто приводить до ослаблення стебла, що може привести до полягання посівів.

  Кукурудза

  Листи рослин кукурудзи, підданих дефіциту калію, стають жовтими на верхівках і  по краях, потім вони стають коричневими, знебарвлюються й відмирають.   При недоліку калію в ґрунті сповільнюється ріст вегетативних органів кукурудзи, гнітиться життєдіяльність кореневої системи, стебла рослин й їхніх опорних корінь слабшають, стають неміцними, і рослини здобувають схильність до полягання. Недостатнє забезпечення кукурудзи калієм приводить до порушення подиху рослин, у процесі якого вони починають витрачати білки замість вуглеводів. Потреба кукурудзи в азоті тісно пов'язана з рівнем калійного харчування й перебуває в прямій залежності від нього: недолік калію може помітно знизити поглинання азоту. Недостача калію приводить до формування качана з неякісним зерном або відсутністю зерен на верхівці.

  Цукровий  очерет

  На  дорослих листах рослин цукрового очерету, підданих калійному голодуванню, відзначені хлороз і відмирання верхівкових  і крайових клітин. Верхня поверхня жилок стає червоною.

  Соняшник 

  При виникненні дефіциту калію стебла рослин соняшника стають тендітними й тонкими. Недостатнє харчування калієм сприяє формуванню зерна з невеликим  змістом масла; знижується врожай соняшника, а також змінюється рівень змісту насичених і ненасичених жирних кислот. На бідних калієм ґрунтах ріст рослин утруднений.

  Картопля 

  Один  з найбільш очевидних ознак недостачі  калію в рослинах картоплі - уповільнення росту, відсутність цвітіння й блакитнувато-зелене фарбування листів. При загостренні  калійного голодування рослини коротшають, листи никнуть і стають жовтими, і в підсумку покриваються плямами. Ситуацію можна поліпшити внесенням калійних добрив. Чіпси, виготовлені з картоплі, вирощеного з рясним застосуванням калійних добрив, мають золотавий відтінок.

  Бавовна

  У рослині калій досить рухливий, тому при його дефіциті елемент здатний  мігрувати зі старих листів у молоді, отже, перші видимі симптоми недостачі  калію можуть бути відзначені з появою жовтувато-білястого фарбування старих листів, що потім перетворюється у світло-жовтувато-зелену. На листах формуються жовті крапки, центр листової пластинки відмирає, а по краях утворяться коричневі плями. Верхівка й краї загинаються вниз. В остаточному підсумку листи стають коричневими і сухими, а потім обпадають. Бавовняні кульки неправильно розвиваються й мають погану якість.

    Вплив калію на  якість урожаю 

  Калій уважають елементом, що відповідає за якість продукції. Елемент може побічно  впливати на якість урожаю, регулюючи  споживання інших елементів харчування.

  Приклади  впливу калію як елемента, відповідального  за якість продукції:

  Калій полегшує адсорбцію азоту, стимулюючи переміщення амінокислот з вегетативних пагонів у зерна, що сприяє утворенню  білків, а також протеїнів, які  забезпечують гарні властивості зерна для випічки.

  Внесення  калію збільшує зміст крохмалю в  рисі, пшениці, соєвих бобах, кунжуті  й у деяких інших фуражних культурах.

  Калій збільшує зміст масла в кунжуті, соєвих бобах, рапсі, арахісі й насіннях бавовни.

  Калій збільшує зміст протеїнів і вітаміну С у картоплі. Крім того, він підвищує врожай більших і середніх по розмірі бульб і перешкоджає зниженню ваги бульб після збору врожаю. Недолік калію приводить до акумуляції відновлених цукрів і знижує зміст крохмалю в бульбах картоплі.

  Калій збільшує розмір бавовняних кульок, поліпшує якість волокна й підвищує відсоток зрілості волокна.

  Достатній зміст калію в цитрусових культурах  забезпечує тонку шкірку плодів і  поліпшує їхній цвіт. Разом з тим  підвищується зміст лимонної й аскорбінової кислот у соку й поліпшуються інші характеристики соку, такі як співвідношення змісту кислот і цукрів і зміст легкорозчинних солей.

  Бідне постачання калієм рослин бананів приводить  до формування хворих плодів з коротким строком зберігання.

  Калій збільшує кількість твердих речовин, цукрів, кислот і каротину у фруктах й овочах і продовжує строк їхнього зберігання.  

    Роль калію на  здоров'я рослин.

  Деструкція  калійних добрив один з факторів (таких  же, як клімат, захист рослин, технології культивування й ґрунтові умови), які впливають на здоров'я рослин. Внесення достатніх доз калійних добрив може служити заставою впевненості в тім, що рослини не будуть піддаватися різним захворюванням й ушкодженням паразитами, особливо на ґрунтах, бідних калієм, або в умовах, непридатних для захисту рослин.

    Калій впливає на здатність рослин протистояти паразитам і хворобам, тому що:

  Допомагає позбуватися від патогенів з  організму рослини й запобігати їхній розвиток і розмноження.

  Бере  участь у регуляції внутрішніх процесів метаболізму в рослині, обмежує харчування патогенів, регулює мікроклімат місцеперебування й густоту росту рослин.

  Обмежує поширення патогенів й їхнє розмноження  в рослині завдяки регуляції  складу клітинної стінки клітин, товщини  кутикули й пружності тканин через особисту участь у важливих процесах метаболізму усередині клітини.

  Поліпшує  здатність рослин відновлюватися після  захворювань.

  Правильний  баланс добрив досить важливий для  здоров'я рослин. Інтенсивне внесення азотних добрив здатний порушити розвиток рослини. Калій здатний перешкоджати негативному впливу азотних добрив, за допомогою зниження стимулюючого ефекту азоту на патогени або підвищення його позитивного впливу на врожай. 

    Калій і стійкість  рослин