Effect of potassium nutrition on current photosynthesized carbon distribution to carbon and nitrogen compounds among rice, soybean, and sunflower

Resumo

As culturas do tipo I (trigo e soja), nas quais a concentração de potássio (Kc) diminui quando a concentração de nitrogênio (Nc) diminui, e a cultura do tipo II (girassol), na qual o Kc permanece constante quando o Nc diminui, foram cultivadas em solos com K suficiente e K deficiente em vasos. A taxa de troca de CO2 (Pnet; taxa fotossintética, PR; taxa fotorrespiratória e DR; taxa respiratória no escuro), a distribuição do 14C fotossintetizado para os órgãos e os compostos químicos e aminoácidos livres em folhas totalmente expandidas foram investigados. Os resultados obtidos podem ser resumidos da seguinte forma.

1) A deficiência de potássio (K) afetou a cultura do tipo II, causando uma diminuição na Pnet e um aumento na PR e DR, enquanto nas culturas do tipo I, a deficiência de K afetou a taxa de troca de CO2 de forma menos acentuada.

2) A deficiência de potássio (K) afetou a cultura do tipo II, fazendo com que a razão de distribuição de 14C para TCA/aminoácidos diminuísse 0 hora após a assimilação de 14C e a razão de distribuição de 14C para serina aumentasse 0,5 hora após a assimilação de 14C. Nas culturas do tipo I, a taxa de distribuição de 14C entre os compostos químicos e os aminoácidos livres foi menos afetada pela deficiência de K.

3) Quando o 14CO2 foi assimilado por 10 minutos, a taxa de distribuição de 14C para os órgãos foi menos afetada pela deficiência de K nas culturas do tipo I do que nas do tipo II. Na cultura do tipo II, a taxa de distribuição de 14C para o caule foi reduzida pela deficiência de K, um efeito causado por uma baixa translocação de 14C da lâmina foliar assimilada. Quando o 14C-sacarose e o 14C-serina foram introduzidos diretamente no floema, a taxa de translocação não foi reduzida pela deficiência de K na cultura do tipo II. Quando o 14CO2 foi assimilado na folha em uma posição diferente, a distribuição de 14C não foi afetada nas culturas do tipo I. No entanto, na cultura do tipo II, quando o 14CO2 foi assimilado na folha inferior, a distribuição de 14C para as raízes aumentou sob a deficiência de K em comparação com o controle.

4) Na cultura do tipo II, quando a sacarose com 14C foi introduzida diretamente no floema, os compostos de 14C foram translocados rapidamente para os órgãos inferiores, especialmente para as raízes. Quando o 14C-serina foi introduzido, a maior parte dos compostos de 14C permaneceu na lâmina foliar assimilada. Consequentemente, na cultura do tipo II, pode-se presumir que a distribuição atual de fotossintatos para TCA/aminoácidos e a distribuição de carbono na serina para outros aminoácidos são restritas pela deficiência de K em um primeiro momento; depois, a taxa fotossintética e a translocação de fotossintatos da lâmina foliar são restritas pela deficiência de K.

Abstract

Type I crops (wheat and soybean), in which the potassium concentration (Kc) decreases when the nitrogen concentration (Nc) decreases, and type II crop (sunflower), in which Kc remains constant when Nc decreases, were grown in K-sufficient and K-deficient soils in pots. The CO₂ exchange rate (Pnet; photosynthetic rate, PR; photorespiratory rate, and DR; dark respiratory rate), the distribution of photosynthesized ¹⁴C to organs, and the chemical compounds and free amino acids in fully expanded leaves were investigated. The results obtained can be summarized as follows.

1) Potassium (K) deficiency affected type II crop by causing a decrease in Pnet and an increase in PR and DR, while in type I crops, K deficiency affected the CO₂ exchange rate less markedly.

2) Potassium (K) deficiency affected type II crop by causing the ¹⁴C distribution ratio to TCA/amino acids to decrease at 0 hours after ¹⁴C assimilation, and the ¹⁴C distribution ratio to serine to increase at 0.5 hours after ¹⁴C assimilation. In type I crops, the ¹⁴C distribution ratio among chemical compounds and free amino acids were less affected by K deficiency.

3) When ¹⁴CO₂ was assimilated for 10 min, the ¹⁴C distribution ratio to organs was less affected by K deficiency in type I crops than in type II crop. In type II crop, the ¹⁴C distribution ratio to the stem was reduced by K deficiency, an effect that was caused by a low ¹⁴C translocation from the assimilated leaf blade. When ¹⁴C-sucrose and ¹⁴C-serine were introduced directly into the phloem, the translocation rate was not reduced by K deficiency in type II crop. When ¹⁴CO₂ was assimilated into the leaf at a different leaf position, ¹⁴C distribution was not affected in type I crops. In type II crop, however, when ¹⁴CO₂ was assimilated into the lower leaf, ¹⁴C distribution to the roots increased under K deficiency as compared to the control.

4) In type II crop when ¹⁴C-sucrose was introduced directly to the phloem, ¹⁴C compounds were translocated quickly to the lower organs, especially the roots. When ¹⁴C-serine was introduced, a major part of the ¹⁴C compounds remained in the assimilated leaf blade. Consequently, in type II crop, it can be assumed that current photosynthate distribution to TCA/amino acids and the distribution of carbon in serine to other amino acids are restricted by K deficiency at first, then, the photosynthetic rate and the translocation of photosynthates from the leaf blade are restricted by K deficiency.