老葉的植物王國

  圖片作者：ChatGPT 大家對所謂的植物三要素應該都不陌生，就是所謂的氮、磷、鉀，都是植物的必需元素，也都是植物的巨量元素（macronutrient）。 最近這些年，大家總是在談氮與磷，好像都沒有什麼提到鉀。最近有一篇論文提醒大家，鉀也是有危機的。 我們先來看看鉀對植物的重要性。鉀對植物的開花過程至關重要。鉀有助於調節植物體內的水分，這對於花朵的形成和開放非常重要。它還參與植物的光合作用和能量轉換過程，這些都是支持開花和果實發育的關鍵生理活動。缺鉀的植物通常開花不良，花朵和果實的大小和質量也會受到影響。因此，確保植物獲得足夠的鉀對於促進健康的開花和生產高質量果實至關重要。另外，植物缺鉀葉片會變黃、邊緣出現點狀壞死，植株容易倒伏，並容易被真菌感染。 雖然氮、磷、鉀是肥料中的三大主要營養元素，鉀的使用和管理常因焦點主要放在氮和磷上而被相對忽視。鉀經常被忽視，是因為它在農業營養管理中不像氮和磷那樣受到重視。這部分是由於鉀的角色和作用在植物生長中不如氮和磷那麼直接明顯。氮和磷對作物產量和質量的影響更容易被觀察和量化，而鉀素的作用則更加間接，如影響水分調節、病害抵抗力和作物品質等。此外，鉀在土壤中的動態較為複雜，其可利用性受到多種土壤物理和化學性質的影響，使得對其管理更加困難。因此，相較於氮和磷的管理，鉀的管理在農業生產中往往沒有得到足夠的重視。 但是，鉀的管理對食物安全和淡水生態系統健康有顯著影響。適當的鉀管理可以提高作物產量和品質，對維持食物安全至關重要。然而，鉀肥的過度使用或不當管理可能導致土壤和水質污染，影響淡水生態系統的健康。鉀流失到水體中可能促進藻華的形成，威脅水中生物的生存。因此，平衡鉀的使用，既滿足農業生產需求又保護環境，對於促進可持續發展至關重要。 研究團隊發現，鉀肥不均衡使用的原因主要包括對鉀在植物生長中作用的認識不足、經濟因素、以及土壤管理和肥料應用策略的差異。農民可能因為對鉀需求的誤解或是為了節省成本而忽視鉀肥的使用，尤其在短期內看不出明顯效果的情況下。此外，土壤中鉀的自然豐富度差異相當大，缺乏有效的土壤檢測和管理計畫也導致鉀肥使用不當。缺乏對於土壤鉀含量和作物需求精確測量的技術和知識，也是鉀肥使用不均衡的重要原因。 雖然全球鉀資源不會立即耗盡，但是鉀肥的可持續供應面臨挑戰。鉀資源分佈不均，主要礦藏集中在加拿大、俄羅斯、白...

  圖片來源：ChatGPT 鉀（K，potassium）是植物的必需元素之一，在植物細胞中扮演著維持正常代謝的關鍵角色，幫助維持細胞內的水分平衡、活化許多酵素，並維持細胞膜的電位。既然鉀是植物生長發育所必需，植物為了適應土壤中鉀含量的變化，發展出了一套複雜的感應和反應機制。 最近的一項研究發現了植物如何透過TORC和CBL-CIPK網絡來感應和適應鉀的變化。研究團隊以阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為模式發現，在鉀含量充足時，TORC活化促進植物生長；而在鉀缺乏時，則由CBL-CIPK網絡主導，抑制TORC並節約能量。 TOR複合體（TORC，Target of Rapamycin Complex，雷帕黴素靶蛋白複合體）是一個主要的調控分子，它能連接環境和內部的訊號來促進植物生長。TORC包含TOR激酶次單位和兩個輔助蛋白，這些蛋白幫助TORC響應不同的營養訊號，包括有機和無機營養素，如糖、氨基酸、核苷酸、氮鹽、磷酸鹽和硫酸鹽等。 當環境中鉀濃度高時，TORC被迅速活化，進而關閉低鉀反應途徑。相反地，當鉀含量低時，低鉀反應網路被激活，從而抑制TORC，使植物轉向低鉀模式。 在低鉀環境下，CBL-CIPK網路會被活化，並通過磷酸化TORC中的一個關鍵蛋白（RAPTOR1B）來抑制TORC，從而調節植物對鉀缺乏的反應。 CBL-CIPK包括了CBL（Calcineurin B-like proteins，類鈣調素B蛋白）與CIPK（CBL-interacting protein kinases，CBL交互作用蛋白激酶）。其中CBL是一群鈣離子感應蛋白，能夠感應細胞內的鈣離子（Ca ²⁺ ）濃度變化。CBL蛋白在植物對環境壓力，特別是營養素缺乏時，扮演著關鍵的角色。而CIPK是與CBL蛋白交互作用的激酶，負責通過添加磷酸根來調控其他蛋白質的活性。CIPK被CBL蛋白活化後，參與多種細胞內調節過程，包括對鉀的感應和回應。 在鉀含量低的環境中，CBL-CIPK路徑會被活化，並通過一系列分子事件抑制TORC，從而幫助植物在鉀缺乏的條件下節約能量並適應環境。 這種相互作用顯示了植物如何通過精細的分子網路來感應和適應其生長環境中關鍵營養素的變化。畢竟植物不會動，無法像動物一樣移動到食物充足的地方去覓食，所以只能發展出更多的彈性來適應環...