Fémkáliumot először Humphry Davy állított elő 1807-ben, kálium-hidroxid (KOH, akkori nevén kálilúg) olvadékának elektrolízisével. Az elemet is ő nevezte el a szóda és a hamuzsír arab nevéből.
A németben és a skandináv nyelvekben használatos „kalium” szó az arab al-kali (a hamu) főnévre vezethető vissza. A természetben, elemi állapotban jellemző nagy reakciókészsége miatt nem fordul elő. Helyette a sói találhatók csak meg, azok elektrolízisével nyerhető ki, állítható elő a kálium.
Felvétele
Reutilizálható makroelem. A legnagyobb mennyiségben előforduló kation a növényekben. A növények számára a nitrogén után a második legnagyobb mennyiségben szükséges tápelem. K+-ion formában veszik fel a növények, viszonylag kis koncentrációjú talajoldatból is könnyen jutnak hozzá. A gyökérben főként a szimplaszton keresztül áramlik, de a hajtásrendszerbe kerülve a xilémben és a floémben egyaránt könnyedén mozog. A növények a kezdeti fejlődésükkor jellemzően nagy mennyiségben veszik fel a talajból, majd a bennük lévő koncentráció az idő múlásával és a növény fejlődésével egyenes arányban lecsökken. A gabonafélék például a bokrosodás idején 4-5-ször nagyobb mennyiségű káliumot tartalmaznak, mint virágzás kezdetén.
ABA: abszcizinsav K: káliumion Cl: kloridion H: hidrogénion ROS: másodlagos stresszhatásként fellépő reaktív oxigénformák
A növényi biokémiai folyamatokban betöltött szerepe
Számos anyagcsere- és élettani folyamat alapul a kielégítő káliumellátáson. A kálium negyvennél is több enzimet aktivál, valamint térszerkezetük kialakításában is szerepet játszik. Befolyásolja a hidratációt, ezzel összefüggésben hatással van az ozmotikus potenciálra, és fontos szerepet tölt be a jeltovábbításban. Serkenti a fehérjeszintézist, mert aktiválja az mRNS-ek riboszómára való kötődését. A káliumnak pozitív hatása van a fotoszintézisre, a sejtlégzésre és a növényben történő anyagáramlásra. A levélsejtekben elkészült cukrok kilépése a citoplazmából a floémbe kálium társionnal együtt valósul meg. Nagymértékben javítja a növényekben a vízfelhasználás hatékonyságát, a növényi vízháztartás szabályozójának tekintik. Csökkenti a párologtatás intenzitását.
A növényi párologtatás szabályozása és a káliumtrágyázás összefüggései
A sztómaműködés mechanizmusát illetően alapvetően két típust szoktunk megkülönböztetni: a sztómák hidroaktív és a fotoaktív reakcióját.
A hidroaktív sztómazáródás mechanizmusa
A hidroaktív reakció során, ha például szárazság miatt a sztómák turgora csökken, akkor a légrés bezár. Vízhiány esetén (stressz) megnövekszik az abszcizinsav (ABA) mennyisége. Az abszcizinsav feltételezhetően a káliumspecifikus ioncsatornákra hat, melynek eredményeként a zárósejtekből kálium távozik, melyet követ a víz kiáramlása a sejtekből. E folyamat hatására a turgor csökken, a sztómák pedig bezáródnak. Ha a növények elegendő vízhez jutnak, akkor abszcizinsav-tartalmuk lecsökken, és turgoruk is helyreáll, a légrés ismét kinyit.
A fotoaktív sztómazáródás folyamata
A sztómák fotoaktív reakciója ennél összetettebb folyamat. Megértéséhez tudni kell, hogy ellentétben a bőrszövet többi sejtjével, a zárósejtek kloroplasztiszokat tartalmaznak. Citoplazmájukban a PEP-karboxiláz enzim aktivitása nagy. Mivel a Calvinciklus nem működik bennük, ebből az következik, hogy a keményítő felépítéséhez szükséges szénhidrátok nem bennük keletkeznek. Ez valóban így is van: az asszimiláló alapszövetben nappal keletkező szénhidrátok egy része éjjel vándorol be a sztóma zárósejtjeibe, ahol belőlük éjjel keményítő keletkezik.
A keményítő reggel lebomlik, és belőle dikálium-malát keletkezik, ami nagy mennyiségben halmozódik fel a zárósejtek vakuólumában. A dikálium-malát felhalmozódása vízbeáramlást eredményez, kialakul a turgor, és nappal a légrés (sztóma) kinyílik. A fény szerepe ebben a folyamatban a következő: hatására ATP és NADPH keletkezik, illetve aktivál két enzimet, a PEP-karboxilázt és a NADP-specifikus almasav-dehidrogenázt. Az ATP a zárósejtek káliumion-felvételéhez kell, az NADP és a két enzim működése pedig az almasav kialakulását teszi lehetővé. Este a fény említett serkentő hatása elmarad, új dikálium-malát már nem keletkezik, a meglévő koncentrációja pedig különböző utakon lecsökken, vagyis nem marad a sztómákban nagy mennyiségben ozmotikusan aktív anyag, ami visszatartaná a vizet a zárósejtekben. A víz nagy része este a zárósejtekből kiürül, átkerül a szomszédos alapszövetekbe, ezért a légrés bezár. Éjjel zárt gázcserenyílások mellett a légzésben keletkezett CO2 bent marad a sejtekben, és szénsav formájában savasítja a pH-t. Reggel a napfény hatására beinduló fotoszintézis először a bent felhalmozódott CO2-t kezdi el fogyasztani, ezért csökken a savasság, a pH emelkedik. A 7-es pH kedvez a foszforilázenzimnek, ez a keményítő lebontásához és így a kálium-malát képződéséhez vezet, ezért a sztómák ismételten kinyílnak.
veszélye
Egyéb élettani szerepe
Mivel fokozza a nagy molekulájú szénhidrátok szintézisét, kiváló stresszoldóhatással bír. A termésbiztonságot növeli, mivel ez a folyamat csökkenti a szél, a vízhiány, a fagy és a kórokozók által okozott terméscsökkenést. A szélkárral szemben fokozott nagy molekulájú szénhidrát-bioszintézis (cellulózfelhalmozás) indul meg, mely által a magasabb rosttartalom erősebb szöveteket eredményez. Fagykár ellen is véd, hiszen a fokozott szénhidrát-felhalmozódás koncentráltabb oldatot eredményez, mely alacsonyabb hőmérsékleten fagy meg. Vízhiány esetén a magasabb szénhidráttartalom alacsonyabb vízpotenciált eredményez, mely a víztartalom megőrzésére sarkallja a növényt, vagyis csökkenni fog a párologtatás. Végül pedig optimális káliumellátottság idején a kórokozókra való fogékonyság csökken, mivel a kórokozók (pl. gombák) elsősorban a kisebb molekulájú szénhidrátokat képesek hasznosítani.
Hiánytünetek
A kálium hiánya hervadást, elszáradást, rossz vízháztartást eredményez. A vizuálisan érzékelhető tünetek mindig az alsó, idősebb leveleken jelentkeznek, mert onnan a kálium kiáramlik a fiatal szervekbe. Másodlagos tünetként a turgor hiánya miatt a levelek kicsik maradhatnak, szorosan ülhetnek egymás mellett. A sejtzsugorodás és szövetösszeomlás miatt nekrotikus fehér vagy barna foltok keletkeznek. A levél szélein jelentkező nekrózist a termesztők gyakran, tévesen, a levélperzseléssel keverik össze. A cellulózképző tulajdonságból következik, hogy hiányában fokozódik a szármegdőlés veszélye az arra hajlamos növényfajok esetében. A rostnövények különösen érzékenyek hiányára, hiszen nem kellő mértékű adagolása esetén a rosttartalom jelentős csökkenése tapasztalható.
SZERZŐ: DR. DECSI KINCSŐ EGYETEMI ADJUNKTUS • MAGYAR AGRÁR- ÉS ÉLETTUDOMÁNYI EGYETEM, NÖVÉNYÉLETTAN ÉS NÖVÉNYÖKOLÓGIA TANSZÉK
