1. Kích hoạt enzym

Enzym đóng vai trò như chất xúc tác cho các phản ứng hóa học, chúng kết hợp các phân tử khác lại với nhau theo cách mà phản ứng hóa học có thể xảy ra. Kali “kích hoạt” ít nhất 60 enzym khác nhau liên quan đến sự phát triển của thực vật. Kali làm thay đổi hình dạng vật lý của phân tử enzyme, làm lộ ra các vị trí hoạt động hóa học thích hợp cho phản ứng. Kali cũng trung hòa các anion hữu cơ và các hợp chất khác trong cây, giúp ổn định độ pH từ 7 đến 8 - tối ưu cho hầu hết các phản ứng enzym. Lượng Kali có trong tế bào quyết định bao nhiêu enzym có thể được kích hoạt và tốc độ của phản ứng hóa học. Do đó, tốc độ của một phản ứng nhất định được kiểm soát bởi tốc độ Kali đi vào tế bào (Van Brunt và Sultenfuss, 1998)

2. Hoạt động của khí khổng

Thực vật phụ thuộc vào Kali để điều chỉnh sự đóng mở của khí khổng - các lỗ mà thông qua đó lá trao đổi cacbon đioxit (CO2), hơi nước và oxy (O2) với khí quyển. Hoạt động của khí khổng rất cần thiết cho quá trình quang hợp, vận chuyển nước và chất dinh dưỡng, và làm mát thực vật. Khi Kali đi vào các tế bào bảo vệ xung quanh khí khổng, các tế bào sẽ tích tụ nước và trương lên, làm cho các lỗ khí mở ra và cho phép các chất khí di chuyển ra vào tự do. Khi nguồn cung cấp nước bị hạn chế, K được bơm ra khỏi các tế bào bảo vệ, các lỗ khí đóng chặt lại để ngăn ngừa mất nước và giảm thiểu áp lực hạn hán cho cây trồng (Thomas và Thomas, 2009). Nếu cung cấp K không đủ, khí khổng trở nên chậm chạp - phản ứng chậm - và hơi nước bị thất thoát. Việc đóng các lỗ khí có thể mất hàng giờ chứ không phải vài phút như bình thường và đóng không hoàn toàn. Kết quả là, cây trồng không được cung cấp đủ K sẽ dễ bị các stress liên quan đến nước nhiều hơn. Sự tích lũy Kali trong rễ cây tạo ra một khuynh độ áp suất thẩm thấu hút nước vào rễ. Do đó, cây thiếu Kali khả năng hút nước kém và dễ bị stress khi thiếu nước.

3. Quang hợp

Vai trò của Kali trong quang hợp rất phức tạp. Sự hoạt hóa của các enzym bởi Kali và sự tham gia của nó vào sản xuất adenosine triphosphat (ATP) có lẽ quan trọng với việc điều hòa cường độ quang hợp hơn là vai trò của K trong hoạt động của khí khổng. Khi năng lượng mặt trời được sử dụng để kết hợp CO2 và nước tạo thành đường, sản phẩm cao năng ban đầu là ATP - nguồn năng lượng cho mọi quá trình của tế bào. Sự cân bằng điện tích tại nơi sản xuất ATP được duy trì bằng các ion Kali. Khi cây thiếu Kali, tốc độ quang hợp và tốc độ sản xuất ATP bị giảm, và tất cả các quá trình phụ thuộc vào ATP bị chậm lại. Ngược lại, hô hấp thực vật tăng lên, cũng góp phần làm chậm sự tăng trưởng và phát triển.

Ở một số loại thực vật, phiến lá hướng về phía nguồn sáng để tăng khả năng cản ánh sáng hoặc tránh xa để ngăn ngừa bị tổn thương bởi ánh sáng dư thừa, việc này có tác dụng hỗ trợ điều chỉnh cường độ quang hợp. Những chuyển động này của lá được tạo ra bởi những thay đổi có thể đảo ngược trong áp suất trương thông qua sự di chuyển của Kali vào và ra khỏi các mô chuyên biệt tương tự như đối với khí khổng (Van Brunt và Sultenfuss, 1998)

4. Vận chuyển đường

Đường tạo ra trong quá trình quang hợp phải được vận chuyển qua mạch rây (libe) đến các bộ phận khác của cây để sử dụng và lưu trữ. Hệ thống vận chuyển của thực vật sử dụng năng lượng dưới dạng ATP. Nếu thiếu Kali, ATP sẽ ít hơn và hệ thống vận chuyển bị phá vỡ. Điều này làm cho các sản phẩm quang hợp tích tụ trong lá, và cường độ quang hợp bị giảm. Do đó, các cơ quan dự trữ năng lượng, như hạt cốc hay củ, bị chậm phát triển. Cung cấp đầy đủ Kali giúp giữ cho tất cả các quá trình này và hệ thống vận chuyển được hoạt động bình thường (Van Brunt và Sultenfuss, 1998)

5. Vận chuyển nước và dinh dưỡng

Kali cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc vận chuyển nước và chất dinh dưỡng đi khắp cây trong mạch gỗ (xylem). Khi nguồn cung cấp Kali bị giảm, sự chuyển vị của đạm nitrat, lân, canxi (Ca), magiê (Mg), và các axit amin bị suy giảm (Schwartzkopf, 1972). Cũng như các hệ thống vận chuyển libe, vai trò của Kali trong vận chuyển xylem thường kết hợp với các enzym cụ thể và các hormon tăng trưởng thực vật. Nguồn cung cấp Kali dồi dào là điều cần thiết để vận hành hiệu quả các hệ thống này (Thomas và Thomas, 2009)

6. Tổng hợp protein

Kali cần thiết cho tất cả các bước chính để tổng hợp protein. Việc “đọc” mã di truyền trong tế bào thực vật để tạo ra protein và enzym điều hòa tất cả các quá trình tăng trưởng sẽ không thể thực hiện được nếu không có đủ Kali. Khi cây thiếu Kali, protein sẽ không được tổng hợp mặc dù có rất nhiều nitơ (N). Thay vào đó, “nguyên liệu thô” của protein (tiền chất) như axit amin, amit và nitrat bị tích tụ. Sự xúc tác của enzyme khử nitrat, sự hình thành các protein và Kali có lẽ chịu trách nhiệm cho sự hoạt hóa và tổng hợp protein (Patil, 2011).

7. Tổng hợp tinh bột

Enzyme chịu trách nhiệm tổng hợp tinh bột được kích hoạt bởi Kali. Do đó, nếu Kali không đủ, hàm lượng tinh bột giảm trong khi carbohydrate hòa tan và các hợp chất nitơ tích tụ. Hoạt động quang hợp cũng ảnh hưởng đến tốc độ hình thành đường để tạo ra tinh bột. Ở mức Kali cao, tinh bột được vận chuyển một cách hiệu quả từ nơi sản xuất đến cơ quan lưu trữ (Patil, 2011).

8. Chất lượng nông sản

Kali đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng nông sản. Hàm lượng Kali hữu hiệu cao giúp cải thiện ngoại quan, khả năng kháng bệnh, thời gian bảo quản của trái cây và rau quả thực phẩm của con người và giá trị dinh dưỡng của ngũ cốc và cỏ làm thức ăn gia súc.

Chất lượng nông sản cũng thể hiện trước khi thu hoạch, chẳng hạn như Kali làm giảm độ ngã đổ của ngũ cốc giúp giảm thất thoát, hư hỏng khi thu hoạch hoặc tăng cường sức chống chịu mùa đông của nhiều loại cây trồng.

Sự thiếu hụt Kali có thể làm giảm năng suất và chất lượng nông sản từ rất lâu trước khi các triệu chứng thiếu xuất hiện rõ ràng. “Cái đói tiềm ẩn” này cướp đi lợi nhuận của những người nông dân không giữ được lượng Kali trong đất đủ cao để cung cấp đủ Kali vào mọi lúc trong giai đoạn sinh trưởng. Ngay cả khi thiếu hụt trong thời gian ngắn, đặc biệt là trong các giai đoạn phát triển quan trọng, có thể gây ra những tổn thất nghiêm trọng.

(Dịch từ: THE IMPORTANCE OF POTASSIUM IN PLANT GROWTH – A REVIEW (2012), Kalavati Prajapati
and H.A. Modi)