钾通过多种途径促进糖从叶片向果实的转移,包括提高光合作用效率、促进蔗糖合成与装载、驱动韧皮部运输、加速卸载与代谢,以及调控相关基因表达。这些过程协同作用,确保果实中的糖分积累和品质提升。
1. 气孔调节与光合作用的增强
气孔开闭的调控:
钾离子通过调节保卫细胞的渗透压控制气孔的开闭。
当保卫细胞吸收钾后,水分随之进入保卫细胞,使气孔开放,增强二氧化碳(CO₂)的吸收。
开放的气孔提高了光合作用效率,增加了光合产物(如蔗糖)的生成。
提高光合作用相关酶的活性:
钾是RuBisCO和其他光合酶的激活剂。通过提高这些酶的活性,钾促进了CO₂的固定以及碳水化合物的合成。
2. 促进蔗糖的合成与装载
增强蔗糖代谢酶的活性:
钾促进蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合酶(SUSY)的活性,从而提高叶肉细胞中蔗糖的合成效率。
韧皮部装载:
蔗糖通过钾激活的转运蛋白(如SWEETs和SUTs)进入韧皮部筛管。钾通过以下方式优化装载过程:
调节H⁺-ATP酶的活性,维持质膜的电化学梯度,从而驱动蔗糖通过转运蛋白主动运输。
提高筛管伴胞复合体(SE/CC复合体)中的渗透压,吸引水分进入,形成高膨压驱动力。
3. 韧皮部运输
压力流假说的驱动:
在源(叶片)中,钾通过提高蔗糖积累增加膨压差,推动筛管中的液流向库(果实)。
高钾浓度有助于稳定筛管通路,提高运输效率。
调控转运蛋白活性:
钾直接影响蔗糖运输相关蛋白(SUTs、SWEETs)的表达和功能,确保糖分在筛管中的有效运输。
4. 韧皮部卸载与库器官分配
促进卸载机制:
在果实等库器官中,钾通过以下方式促进蔗糖的卸载:
激活细胞壁转化酶(CWIN)和胞质转化酶(CIN),将蔗糖水解为葡萄糖和果糖,从而降低筛管中的渗透压,促进更多糖的流入。
调控液泡膜上的转运蛋白(如TMTs和vGTs),将糖转运到果实细胞的液泡中储存或代谢。
支持库器官发育:
钾增强了果实的膨胀能力和糖的积累效率,进一步优化了糖的分配。
5. 调控信号与基因表达
信号分子作用:
钾不仅是矿质营养元素,还作为信号分子调控蔗糖代谢相关基因的表达。
促进糖转运蛋白(如SUTs、SWEETs)的表达。
调控糖代谢酶(如SPS和SUSY)和分解酶(如CWIN、VIN)的活性。