カリウム欠乏症（植物）

カリウム欠乏症（カリウム欠乏症とも呼ばれる）は、土壌中のカリウムイオン（K ⁺ ）の枯渇によって引き起こされる植物の障害です。カリウム欠乏症は、葉の先端の褐色の焼けや巻き込み、葉脈間のクロロシス（黄化）を引き起こします。カリウムは溶解度が高く、コロイドが不足している土壌から容易に溶脱するため、粘土含有量の少ない軽い砂質土壌で最もよく見られます。^{[ 1 ]}

カリウムの主な役割は、細胞質における代謝プロセスに必要なイオン環境を提供することであり、そのため成長調節を含むさまざまなプロセスの調節因子として機能します。^{[ 2 ]}植物は、タンパク質合成と気孔の開閉にカリウムイオン（K ⁺）を必要とします。気孔の開閉は、周囲の孔辺細胞を膨圧または弛緩させるためにプロトンポンプによって調節されます。カリウムイオンが不足すると、植物がこれらのプロセスを維持する能力が損なわれる可能性があります。カリウムは、光合成、タンパク質合成、一部の酵素の活性化、光合成産物の供給器官への師管溶質輸送、細胞質および液胞における陽イオン：陰イオンバランスの維持など、他の生理学的プロセスにも機能します。^{[ 3 ] [ 4 ]}

植物のカリウム欠乏の典型的な症状には、葉の先端の褐色の焼けや巻き込み、葉脈間の黄化（クロロシス）などがあります。葉の裏側に紫色の斑点が現れることもあります。カリウム欠乏の植物では、通常、植物の成長、根の発達、種子や果実の発達が阻害されます。カリウムは移動性の高い栄養素であるため、カリウムが不足すると植物は若い葉にカリウムを分配することができ、カリウム欠乏の症状は古い（下の）葉に最初に現れることがよくあります。^{[ 3 ]}欠乏した植物は霜害や病気にかかりやすく、その症状は風焼けや干ばつと混同されることがよくあります。

この欠乏症は、ジャガイモ^{[ 5 ]} 、アブラナ科植物、トマト、リンゴ、スグリ、グーズベリー、ラズベリーなど、いくつかの重要な果物や野菜作物で最もよく見られます。砂糖大根、穀物、クローバーもよく影響を受けます。これらの植物それぞれの具体的な症状は次のとおりです。^{[ 6 ]}

ジャガイモの場合、塊茎のサイズが著しく小さくなり、収穫量も少なくなります。葉はくすんで見え、葉脈間に黄化が見られ、しばしば青緑色になります。また、葉の裏側には小さな濃い茶色の斑点ができ、表面はブロンズ色に変色します。

アブラナ科植物の葉は青緑色で、葉脈間黄化が軽度に見られることがある。葉の外縁部が焼けるような模様になるのはよくあることで、成長が遅いため葉の質感は硬いことが多い。

トマトは、茎が木質で成長が遅いのが特徴です。葉は青緑色で、葉脈の間はしばしば淡い灰色に変色します。葉はブロンズ色を帯びることもあり、小葉の一部に黄色やオレンジ色の斑点が現れることもあります。果実は熟し方が不均一で、茎の近くに緑色の斑点が見られることもあります。

リンゴでは、葉の縁が焼けたような状態になり、葉脈間黄化がよく見られます。リンゴの果実は、やや酸味があったり、木のような風味がすることがよくあります。

グーズベリー、カラント、ラズベリーでは、新梢や枝の枯死がよく見られ、欠乏の初期段階では多くの花芽が形成されるものの、果実の収量は少なく、果実の品質も悪くなる。

多くの種において、カリウム欠乏植物は、カリウムレベルが十分な植物よりも霜害や特定の病気にかかりやすい。カリウムレベルが十分であることに関連する病害抵抗性の増加は、カリウムが病害抵抗性を提供する役割を担っていることを示しており、欠乏植物のカリウムレベルを上げると、多くの病気の強度が低下することが示されている。しかし、カリウム濃度を最適レベル以上に上げても、病害抵抗性は向上しない。農業では、遺伝的変異によりKの吸収効率が高い品種があり、これらの植物は病害抵抗性が高いことが多い。 ^{[ 1 ]} 宿主抵抗性の増加とカリウムに関係するメカニズムには、細胞透過性の低下と組織への侵入に対する感受性の低下が含まれる。十分なカリウムが存在する場合に多く蓄積されるシリカは細胞壁に組み込まれ、病原体に対する物理的障壁として機能する表皮層を強化する。カリウムは細胞壁の適切な肥厚にも関与していると考えられている。^{[ 1 ]}カリウム欠乏症を補うために、農家や多くの単作作物生産者は、栄養補給、土壌通気促進、保水性向上を目的としてバーミキュライトを使用し、栄養分の乏しい環境を改善している。^{[ 7 ]}

土壌中にカリウムが豊富に存在する場合、植物は細胞膜チャネルと高親和性H+/K+輸送体を通してカリウムを吸収し、液胞に貯蔵する。しかし、カリウムの濃度が非常に低い場合、液胞内のカリウムは細胞質の栄養源として利用される。

このプロセスは、Ca2+依存性シグナル伝達ネットワークによって開始され、液胞から細胞質へのK+の放出を誘導する。

最も広く使用されているカリウム肥料は塩化カリウム（塩化カリウム）です。^{[ 8 ]}その他の無機カリウム肥料には、硝酸カリウム、硫酸カリウム、リン酸一カリウムなどがあります。木灰もカリウム含有量が高いですが、pHレベルへの影響があるため、慎重に使用する必要があります。^{[ 9 ]}カリウムの効果的な吸収には十分な水分が必要です。土壌水分が少ないと、植物の根によるカリウムの吸収が減少します。酸性土壌に石灰を施すと、浸出を減らすことで、一部の土壌でカリウムの保持量を増やすことができます。^{[ 1 ]}土壌有機物を増やす方法も、カリウムの保持量を増やすことができます。

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