Jak potas wpływa na odporność roślin na suszę?

Jak potas wpływa na poprawę gospodarowania wodą i odporność roślin na suszę? Jak to się dzieje? Jak potas w stresowych warunkach wzmacnia roślinę? Potas, który rośliny mogą pobierać w sposób luksusowy, w roślinach  odpowiada za proces fotosyntezy aktywując kilkadziesiąt enzymów komórkowych i równoważąc ujemne ładunki wielu anionów.  W soku komórkowym roślin potas  spełnia rolę kationu towarzyszącego w transporcie azotanów i cukrów i poprzez efekt osmotyczny reguluje turgor komórek.

Dla rolnika bardzo istotna jest funkcja fizjologiczna potasu polegająca na regulacji gospodarki wodnej roślin, a przede wszystkim turgoru, czyli ciśnienia wewnątrzkomórkowego. Kluczowe dla zrozumienia wpływu potasu na gospodarkę wodną jest wyjaśnienie jego wpływu w mechanizmie otwierania i zamykania aparatów szparkowych. U niemal wszystkich roślin mechanizm ten jest właśnie regulowany dopływem i odpływem kationów potasu z komórek przyszparkowych.

W normalnych warunkach otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych odbywa się w cyklu dobowym związanym z cyklem asymilacji. Jest to proces dwufazowy, rozpoczynający się wcześnie rano wzrostem stężenia kationu potasowego w komórkach przyszparkowych. W drugiej fazie, w godzinach popołudniowych, o stanie rozwarcia szparek decyduje stężenie sacharozy. W warunkach wysokich temperatur i suszy uaktywniają się inne poza stężeniami potasu, mechanizmy regulujące zamykanie tych aparatów w celu ochrony rośliny przed nadmierną transpiracją.

Ponad 90% całej ilości wody transpirowanej przez roślinę przechodzi przez aparaty szparkowe, których ruchem steruje stężenie potasu. Dopływ potasu do komórki powoduje wzrost potencjału (ujemnego) wody i jej dopływ na zasadzie osmozy. Wzrastająca koncentracja potasu powoduje tym samym wzrost turgoru komórek przyszparkowych i rozwarcie szparek, natomiast koncentracja malejąca, ich zamykanie. Przemieszczanie potasu do komórek przyszparkowych wymaga nakładu energii i związane jest z wydzielaniem protonów (pompa protonowa). Wydzielanie protonu powoduje wzrost polaryzacji błon i obniżenie potencjału elektrochemicznego komórki przyszparkowej. Polaryzacja błony udrożnia kanały przewodzące potas i następuje bierne, zgodnie z gradientem elektrochemicznym przemieszczanie tego kationu do wnętrza komórki.

To zawiły proces i nie trzeba go znać w szczegółach. Trzeba wiedzieć, że w procesie tym kluczowy jest potas. Gdy go brakuje, mechanizm otwierania i zamykania aparatów szparkowych będzie upośledzony. Roślina nie będzie w stanie obronić się przed stresem niedoboru wody. Zamiast zmniejszać transpirację, szybciej straci turgor i zwiędnie. Drugą istotną funkcją  potasu, którą należy mocno podkreślić, jest zwiększenie mrozoodporności ozimin. Wyjaśnienie tego mechanizmu jest skomplikowane, ale naukowcy od żywienia roślin podają, że niedobór potasu w porównaniu do optymalnej jego dostępności może obniżyć mrozoodporność rzepaku o 3 i więcej stopni w skali 9-ciostopniowej podawanej przy charakterystyce mrozoodporności odmian.

Obok potasu, również magnez wspomaga gospodarkę wodną roślin. Potas i magnez sprzyjają oszczędnej gospodarce wodnej pełniąc w rozwoju roślin kilka istotnych funkcji. Potas samodzielnie wpływa na efektywniejszą gospodarkę wodną przez roślinę i zwiększa pojemność wodną gleby. Magnez natomiast samodzielnie powoduje, że dokarmione nim korzenie rośliny przerastają większą objętość gleby. Potas i magnez współdziałając znacznie poprawiają gospodarkę wodną roślin i niwelując oddziaływanie stresu suszy poprawiają i stabilizują plonowanie roślin.

Z badań przeprowadzonych w IUNG–PIB Puławy  wynika, że zboża ozime: pszenżyto, żyto i pszenica, największą obniżką plonowania na stres suszy reagują w krytycznym okresie od fazy strzelania w źdźbło do fazy dojrzałości mlecznej. Reakcja poszczególnych gatunków, a nawet odmian, jest  różna w poszczególnych fazach wzrostu i rozwoju.

Od fazy strzelania w źdźbło do fazy kłoszenia susza powoduje największy spadek plonów ziarna u pszenicy ozimej (o ok. 30 proc.) w stosunku do roślin o optymalnym zaopatrzeniu w wodę, mniejszą u pszenżyta (o 10–15 proc.), a najmniejszą u żyta, gdzie stres suszy w tym okresie nie powoduje istotnego zmniejszenia plonu ziarna.

Od fazy kłoszenia do dojrzałości mlecznej susza powoduje u wszystkich gatunków ozimych bardzo duży spadek plonu ziarna. I tak w przypadku żyta obniżka wynosi 30 proc., pszenżyta – 35 proc., a pszenicy – 40 procent.


Fot. Marek Kalinowski

• W przypadku pszenicy ozimej stres suszy wpływa na morfologię rośliny, która ogranicza powierzchnię liścia flagowego i podflagowego. Inne rośliny jak np. kukurydza ogranicza powierzchnię liści skręcając je w rurki
  
  

Od dojrzałości mlecznej do pełnej susza powoduje większą  redukcję plonu ziarna u pszenżyta i żyta – ok. 17 proc., w porównaniu do pszenicy, gdzie wynosi ona około 11 procent.

Niedobór wody utrzymujący się od fazy strzelania w źdźbło do fazy pełni kłoszenia zmniejsza u pszenicy liczbę ziaren z rośliny i z kłosa, masę ziarna i liczbę kłosów. Redukcji ulega też długość źdźbła i masa słomy – zmniejsza się plon biologiczny. Susza od okresu pełni kłoszenia do dojrzałości mlecznej zmniejsza długość źdźbła pszenicy, liczbę ziaren z rośliny i z kłosa, masę ziarna, liczbę kosów i plon słomy. Od dojrzałości mlecznej do dojrzałości pełnej pszenica reaguje na stres suszy zmniejszeniem masy ziarna z rośliny, masy ziarna z kłosa, MTZ. W tym okresie ważą się parametry jakościowe – pogarsza wartość przemiałową ziarna pszenicy.

U żyta stres suszy zmniejsza cechy struktury plonu: liczbę ziaren w kłosie, MTZ, liczba kłosków w kłosie i plon biologiczny. Susza wyraźnie wpływa i zmniejsza cechy morfologiczne żyta –  ogranicza długość źdźbła i liczby kłosków w kłosie. Jest to jednak gatunek o mniejszej reakcji na stres suszy niż pszenica i pszenżyto.

W przypadku pszenżyta susza w okresie od fazy strzelania w źdźbło do fazy kłoszenia powoduje spadek plonu biologicznego, masy ziarna z kłosa, masy ziarna z rośliny, liczby ziaren z rośliny, liczby ziaren z kłosa. W okresie od fazy kłoszenia do dojrzałości pełnej pszenżyto redukuje liczbę ziaren z kłosa, masę ziarna z kłosa, liczbę kłosów, liczbę ziaren z rośliny, liczbę kłosów, długość źdźbła, plon biologiczny i plon słomy. Stres suszy od fazy dojrzałości mlecznej do fazy dojrzałości pełnej powoduje zmniejszenie produkcyjności roślin głównie poprzez redukcję MTZ.

Marek Kalinowski
(Fot. główne: Unspalsh)