Functioning of potassium and magnesium in photosynthesis, photosynthate translocation and photoprotection

Resumo

O potássio (K) e o magnésio (Mg) são nutrientes minerais exigidos em grandes quantidades pelas plantas. Ambos os elementos contribuem criticamente para o processo de fotossíntese e o subsequente transporte a longa distância de fotoassimilados. Se K ou Mg não estiverem presentes em quantidades suficientes nos tecidos fotossintéticos, interações complexas de respostas anatômicas, fisiológicas e bioquímicas resultam em uma redução da assimilação fotossintética de carbono. Como consequência, a produção excessiva de espécies reativas de oxigênio causa foto-oxidação do aparato fotossintético e provoca uma regulação positiva dos mecanismos de fotoproteção. Neste artigo, revisamos o funcionamento do K e do Mg em processos direta ou indiretamente associados à fotossíntese. O foco é dado à ultraestrutura do cloroplasto, às reações dependentes e independentes da luz da fotossíntese e à difusão de CO₂ – um importante substrato para a fotossíntese – para dentro dos cloroplastos. Enfatizamos ainda sua contribuição para o carregamento do floema e o transporte a longa distância de fotoassimilados e para a fotoproteção do aparato fotossintético.

Abstract

Potassium (K) and magnesium (Mg) are mineral nutrients that are required in large quantities by plants. Both elements critically contribute to the process of photosynthesis and the subsequent long‐distance transport of photoassimilates. If K or Mg is not present in sufficient quantities in photosynthetic tissues, complex interactions of anatomical, physiological and biochemical responses result in a reduction of photosynthetic carbon assimilation. As a consequence, excessive production of reactive oxygen species causes photo‐oxidation of the photosynthetic apparatus and causes an up‐regulation of photoprotective mechanisms. In this article, we review the functioning of K and Mg in processes directly or indirectly associated with photosynthesis. Focus is given to chloroplast ultrastructure, light‐dependent and ‐independent reactions of photosynthesis and the diffusion of CO2 – a major substrate for photosynthesis – into chloroplasts. We further emphasize their contribution to phloem‐loading and long‐distance transport of photoassimilates and to the photoprotection of the photosynthetic apparatus.