1. Vai Trò Của Kali Giúp Cây Trồng Chống Chịu Stress Sinh Học

Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy rằng sản xuất cây trồng bị giới hạn đáng kể bởi các stress sinh học. 

Trong nhiều trường hợp, cây trồng thiếu kali có xu hướng dễ bị nhiễm bệnh hơn những cây được cung cấp đủ kali.             

Ví dụ, ở cây lúa, tỷ lệ nhiễm sâu đục thân cao nhất khi không được cung cấp kali, nhưng tỷ lệ nhiễm giảm nhanh khi nồng độ kali tăng. 

Khi lượng phân bón kali tăng lên cũng làm giảm đáng kể tỷ lệ bệnh thối thân và bệnh đốm vằn (AgSS) và có mối tương quan nghịch giữa tỷ lệ kali trong phiến lá và mức độ nghiêm trọng của bệnh. 

Phân bón kali làm giảm sự xâm nhập của côn trùng và tỷ lệ bệnh ở nhiều cây ký chủ. 

Perrenoud đã xem xét 2449 tài liệu tham khảo và thấy rằng việc sử dụng kali làm giảm đáng kể tỷ lệ bệnh nấm xuống 70%, vi khuẩn giảm 69%, côn trùng và ve giảm 63%, vi rút giảm 41% và tuyến trùng giảm 33%. 

Nồng độ K⁺ cao làm giảm sự cạnh tranh dinh dưỡng của mầm bệnh. Trạng thái dinh dưỡng này cho phép cây trồng phân bổ nhiều nguồn lực để phát triển vách tế bào mạnh hơn nhằm ngăn chặn sự xâm nhiễm của mầm bệnh và sự tấn công của côn trùng cũng như thu được nhiều chất dinh dưỡng để sử dụng cho việc bảo vệ và sửa chữa thiệt hại của cây trồng.

Trong quá trình bị nhiễm các mầm bệnh trong không khí (đặc biệt là do vi khuẩn và vi rút), khí khổng có thể hoạt động bình thường khi có đủ kali, do đó góp phần ngăn chặn sự xâm nhập của mầm bệnh bằng cách đóng khí khổng nhanh chóng.

Ở cây có đủ kali, quá trình tổng hợp các hợp chất cao phân tử (như protein, tinh bột và xenlulo) được tăng lên rõ rệt, do đó làm giảm nồng độ của các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, chẳng hạn như đường hòa tan, axit amin và các amit trong các mô thực vật.

Các hợp chất trọng lượng phân tử thấp này rất quan trọng đối với sự xâm nhiễm của nấm bệnh và côn trùng phá hoại, do đó ở những cây đủ kali, nồng độ các hợp chất này thấp hơn thì cây trồng ít bị tổn thương do bệnh và côn trùng tấn công hơn.

Cung cấp đủ kali làm tăng nồng độ phenol, phenol đóng một vai trò quan trọng đối với sức đề kháng của cây trồng. Hơn nữa, Sarwar kết luận rằng ở các cây có kali cao hơn thì ít thiệt hại do sâu bệnh hơn có thể là do sâu bệnh không ưa thích khi cây trồng có đủ nồng độ dinh dưỡng, cũng như sự tổng hợp các hợp chất phòng vệ dẫn đến tỷ lệ chết của sâu bệnh cao hơn.

2. Vai Trò Của Kali Giúp Cây Trồng Chống Chịu Stress Phi Sinh Học

a. Kali giúp cây trồng chống chịu stress hạn

Hạn chế chính đối với sự phát triển của cây trồng và sản xuất cây trồng ở các vùng khô hạn và bán khô hạn chính là sự hữu dụng của nước trong đất. 

Thực vật liên tục chịu áp lực hạn hán dẫn đến lá bị hư hại và cuối cùng là làm giảm năng suất cây trồng. 

Trong thời kỳ căng thẳng khô hạn, sự phát triển của rễ và tỷ lệ K⁺ trong đất được khuếch tán đến rễ đều bị hạn chế, do đó hạn chế sự thu nhận kali. 

Kết quả là nồng độ kali thấp hơn có thể làm giảm khả năng chống chịu của cây đối với stress do hạn hán, cũng như sự hấp thụ kali của cây.

Do đó, duy trì đầy đủ kali cho cây là rất quan trọng đối với khả năng chống hạn của cây. Mối quan hệ chặt chẽ giữa tình trạng dinh dưỡng kali và khả năng chống hạn của cây trồng đã được chứng minh.

b. Kali giúp cây trồng chống chịu stress mặn

Sự tích tụ nồng độ muối cao trong đất làm cho rễ cây khó lấy nước hơn và do đó làm rối loạn cân bằng nước của cây, trong khi nồng độ muối cao trong mô thực vật có thể gây độc. 

Độ mặn ức chế sự nảy mầm của hạt và sự phát triển của cây, ảnh hưởng đến giải phẫu lá và sinh lý của cây, do đó ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, tổng hợp protein, sản xuất năng lượng và chuyển hóa lipid.

Sự phát triển của thực vật phản ứng với độ mặn trong hai giai đoạn sau: 

- Giai đoạn thẩm thấu nhanh làm giảm lượng nước cung cấp cho cây và ức chế sự phát triển của lá non.

- Tiếp theo là giai đoạn độc tính của muối và tăng tốc độ già đi của các lá trưởng thành. 

Thực vật đã phát triển các chiến lược đa dạng để chống lại stress do muối, chẳng hạn như hạn chế hấp thu Na⁺, loại bỏ việc kích hoạt Na⁺ , hoặc ngăn cản Na⁺ vào không bào quá nhiều.

Sự phát triển của rễ cây bị stress mặn rất hạn chế do tác động thẩm thấu và sự gây độc của các ion, dẫn đến cây trồng hấp thu dinh dưỡng thấp hơn và ức chế sự chuyển dịch của các chất dinh dưỡng khoáng đặc biệt là K⁺. 

Do sự tương đồng về các đặc tính hóa lý giữa Na⁺ và K⁺, Na⁺ có thể cạnh tranh với K⁺ ở các vị trí liên kết chính trong các quá trình trao đổi chất quan trọng, bao gồm cả sự vận chuyển ái lực thấp và sự vận chuyển có ái lực cao. Do đó có thể gây rối loạn trao đổi chất của cây trồng.

Sự thiếu hụt K⁺ thường có thể được quan sát thấy trong điều kiện stress mặn. 

Đầu tiên, hàm lượng Na⁺ cao sẽ ức chế hoạt động của K⁺ trong dung dịch đất, dẫn đến giảm khả năng cung cấp K⁺. 

Thứ hai, Na⁺ không chỉ cản trở sự chuyển vị K⁺ từ rễ sang chồi (đặc biệt ở trạng thái K⁺ thấp), mà còn cạnh tranh với K⁺ ở các vị trí hấp thu của màng sinh chất, dẫn đến việc hấp thu K⁺ thấp hơn. 

Thứ ba, stress mặn dẫn đến mất tính toàn vẹn của màng sinh chất và tạo điều kiện cho K⁺ bị thất thoát, dẫn đến sự suy giảm K⁺ của tế bào. 

Do đó, giữ cho hàm lượng K⁺ trong tế bào trên một ngưỡng nhất định và duy trì tỷ lệ K⁺/ Na⁺ trong cytosolic cao (bằng cách giữ lại K⁺ hoặc ngăn Na⁺ tích tụ trong lá) rất quan trọng đối với sự phát triển và khả năng chịu mặn của cây. 

Cung cấp kali ngày càng tăng tương ứng với sự tích lũy K⁺ trong mô thực vật cao, làm giảm nồng độ Na⁺ dẫn đến tỷ lệ K⁺/ Na⁺ cao.

Sự phát triển và khả năng chịu mặn của cây trồng bị giảm mạnh khi chịu sự kết hợp của stress mặn và stress dinh dưỡng do thiếu kali.

Thiếu K⁺ làm tăng đáng kể các tác động tiêu cực do muối gây ra đối với quá trình quang hợp của lúa mạch và đi kèm với sự gia tăng độ nhạy cảm với muối. 

Thiếu K⁺ làm ức chế đáng kể quá trình đồng hóa nitơ và cacbon quang hợp, đồng thời làm suy giảm các con đường phản ứng ánh sáng của PS I và PS II ở bắp khi bị stress mặn.

c. Kali giúp cây trồng chống chịu stress lạnh

Stress lạnh kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng làm cho năng suất cây trồng bị hạn chế. 

Stress lạnh ảnh hưởng đến cây trồng bằng cách ức chế trực tiếp các phản ứng trao đổi chất và gián tiếp ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu, oxy hóa và các căng thẳng khác do lạnh gây ra.

Ở cây nhân sâm, nồng độ K⁺ cao đã kích hoạt hệ thống chống oxy hóa của cây và tăng mức độ phiên mã của chất chuyển hóa thứ cấp liên quan đến ginsenoside, có liên quan đến khả năng chịu lạnh. 

Stress lạnh có thể phá hủy quá trình quang hợp và làm giảm hiệu quả của các enzym chống oxy hóa. Kali cải thiện khả năng sống sót của cây trồng dưới điều kiện lạnh bằng cách tăng mức độ chống oxy hóa.

Ở cây thiếu kali, thiệt hại do sương giá có liên quan đến tình trạng thiếu nước do cây bị ức chế hấp thu nước vì lạnh và mất nước tế bào do đóng băng. 

Có mối tương quan nghịch giữa thiệt hại do sương giá và nồng độ kali của lá, việc cung cấp kali đầy đủ có thể làm tăng khả năng chống chịu sương giá một cách hiệu quả. 

Yến mạch được cung cấp đủ kali có thể sống sót qua sương giá mà không bị thiệt hại rõ ràng, trong khi phần lớn cây trồng trên đất thiếu kali không sống được. Điều này có thể là do sự điều chỉnh của khả năng thẩm thấu nước và giảm sự rò rỉ chất điện giải do căng thẳng lạnh gây ra. 

Nồng độ K⁺ cao bảo vệ cây trồng chống lại sự đóng băng bằng cách hạ thấp điểm đóng băng của dung dịch tế bào thực vật. Hơn nữa, nồng độ K⁺ trong dịch bào cũng rất cần thiết cho các hoạt động của enzym có liên quan đến việc điều chỉnh khả năng chống sương giá.

Tăng khả năng chống chịu sương giá của thực vật bằng cách bổ sung kali có liên quan đến sự gia tăng phospholipid, tính thấm của màng và cải thiện các đặc tính sinh lý và sinh hóa của tế bào.

Tóm lại, nồng độ kali cao hơn trong mô làm giảm thiệt hại do lạnh và tăng khả năng chịu lạnh, cuối cùng là tăng sản lượng. Thiệt hại do sương giá có liên quan tỷ lệ nghịch với nồng độ kali và giảm đáng kể khi bón phân kali.

d. Kali giúp cây trồng chống chịu stress do ngập nước

Tổn thất năng suất do ngập úng có thể thay đổi từ 15% đến 80%, tùy thuộc vào loài cây trồng và giai đoạn sinh trưởng, loại đất và thời gian bị ngập.

Ngập úng gây ra hậu quả nghiêm trọng là sự hô hấp của rễ và vi sinh vật làm cạn kiệt lượng ôxy còn lại và môi trường trở nên thiếu ôxy (tức là lượng ôxy bị giới hạn cho hô hấp của ti thể) và sau đó là thiếu ôxy hoàn toàn (tức là quá trình hô hấp bị ức chế hoàn toàn).

Trạng thái năng lượng thấp trong điều kiện thiếu oxy dẫn đến sự khử cực đáng kể ở màng sinh chất, sau đó làm suy giảm các quá trình vận chuyển ion thông qua các kênh hấp thu có cấp điện áp và giảm hấp thu hầu hết các cation thiết yếu (ví dụ, K⁺, NH₄⁺ hoặc Mg²⁺).

Tránh việc mất K⁺ trong quá trình thiếu oxy hoặc stress do thiếu oxy là cơ chế chính dẫn đến khả năng chống chịu ngập úng của cây trồng.

Hơn nữa, khi thời gian ngập lụt tăng lên, các hợp chất độc hại tiềm tàng, chẳng hạn như sulfua, sắt và mangan hòa tan, etanol, CO₂, ethylene, axit lactic, acetaldehyde và axit axetic và axit formic, được tích lũy do khả năng oxy hóa khử của đất giảm.

Những hợp chất này đã tác động lên màng tế bào, dẫn đến quá trình oxy hóa phospholipid và sự thay đổi sau đó về tính toàn vẹn của màng và sự vận chuyển của màng.

Ngập úng được biết là ngăn chặn sự cung cấp oxy cho rễ, do đó ức chế quá trình hô hấp của rễ, dẫn đến tình trạng năng lượng của tế bào rễ bị suy giảm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến các quá trình trao đổi chất quan trọng của cây. 

Trong điều kiện ngập úng, độ dẫn của khí khổng, tốc độ quang hợp và khả năng dẫn thủy lực của rễ cây bị cản trở.

Việc sử dụng kali ngoại sinh có thể cải thiện một cách hiệu quả các tác động bất lợi của ngập úng đối với cây trồng. Bổ sung kali trong điều kiện ngập úng không chỉ làm tăng sự phát triển của cây, sắc tố quang hợp và khả năng quang hợp mà còn cải thiện khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây do tích lũy K⁺, Ca²⁺, N, Mn²⁺ và Fe²⁺ cao hơn.

Bổ sung kali đầy đủ cho cây góp phần tạo điều kiện cho cây trồng có khả năng chống chịu lại các điều kiện khắc nghiệt của môi trường như sự tấn công của sâu bệnh hại, điều kiện hạn hán, đất trồng nhiễm mặn, điều kiện lạnh hoặc ngập lụt.

Công ty TNHH Funo biên tập.