植物におけるナトリウムとカリウムの役割と輸送

2つのアルカリカチオンNa（+）とK（+）は、地球地殻に同様の相対存在量を持っていますが、生物圏には非常に異なる分布を示しています。すべての生物において、K（+）は細胞質の主要な無機陽イオンであり、その濃度（約0.1 m）は通常、Na（+）の濃度（+）の数倍です。細胞質の高濃度でのNa（+）の蓄積は、たとえば植物の光合成活性に細胞代謝に有害な影響をもたらします。したがって、Na（+）は細胞質の外で区画化されます。植物では、液胞の高濃度で蓄積することができ、そこでそれは浸透圧として使用されます。Na（+）は、一部の塩植物を除いて、ほとんどの植物では重要な要素ではありません。一方、たとえば液胞オスモティックとしてk（+）を置き換えることにより、それは有益な要素になる可能性があります。対照的に、k（+）は重要な要素です。無機および有機陰イオンおよび高分子の電気中和、pH恒常性、膜電位の制御、および細胞浸透圧の調節に関与しています。植物の後者の機能を通じて、それはターゴール主導の細胞と臓器の動きに役割を果たします。また、酵素、タンパク質合成、細胞代謝、および光合成の活性化にも関与しています。したがって、植物の成長には、土壌溶液からの根によって取り上げられ、植物全体に分布する大量のK（+）イオンが必要です。土壌粒子と粘土によってゆっくりと放出される土壌溶液中のK（+）イオンの利用可能性は、ほとんどの天然生態系で最適な成長のために制限されることがよくあります。対照的に、質の低い水を伴う自然の塩分または灌漑により、すべての作物種に有害なNA（+）濃度が毒性があり、多くの土壌に存在し、地球の陸地の6％から10％を表しています。イオンチャネルの3つのファミリー（Shaker、TPK/KCO、およびTPC）と3つのファミリーのトランスポーター（HAK、HKT、およびCPA）は、プラスマレマスとNa（+）輸送に寄与する限り特定されています。イオン選択性が高または低い内膜。モデル植物のシロイヌナズナのタリアナでは、これらの家族は少なくとも70人のメンバーを集めています。細胞および植物全体のレベルでのこれらのシステムの活動の調整により、植物K（+）栄養、Na（+）の有益な要素としての使用、および生理食塩水条件への適応が保証されます。

The two alkali cations Na(+) and K(+) have similar relative abundances in the earth crust but display very different distributions in the biosphere. In all living organisms, K(+) is the major inorganic cation in the cytoplasm, where its concentration (ca. 0.1 M) is usually several times higher than that of Na(+). Accumulation of Na(+) at high concentrations in the cytoplasm results in deleterious effects on cell metabolism, e.g., on photosynthetic activity in plants. Thus, Na(+) is compartmentalized outside the cytoplasm. In plants, it can be accumulated at high concentrations in vacuoles, where it is used as osmoticum. Na(+) is not an essential element in most plants, except in some halophytes. On the other hand, it can be a beneficial element, by replacing K(+) as vacuolar osmoticum for instance. In contrast, K(+) is an essential element. It is involved in electrical neutralization of inorganic and organic anions and macromolecules, pH homeostasis, control of membrane electrical potential, and the regulation of cell osmotic pressure. Through the latter function in plants, it plays a role in turgor-driven cell and organ movements. It is also involved in the activation of enzymes, protein synthesis, cell metabolism, and photosynthesis. Thus, plant growth requires large quantities of K(+) ions that are taken up by roots from the soil solution, and then distributed throughout the plant. The availability of K(+) ions in the soil solution, slowly released by soil particles and clays, is often limiting for optimal growth in most natural ecosystems. In contrast, due to natural salinity or irrigation with poor quality water, detrimental Na(+) concentrations, toxic for all crop species, are present in many soils, representing 6 % to 10 % of the earth's land area. Three families of ion channels (Shaker, TPK/KCO, and TPC) and 3 families of transporters (HAK, HKT, and CPA) have been identified so far as contributing to K(+) and Na(+) transport across the plasmalemma and internal membranes, with high or low ionic selectivity. In the model plant Arabidopsis thaliana, these families gather at least 70 members. Coordination of the activities of these systems, at the cell and whole plant levels, ensures plant K(+) nutrition, use of Na(+) as a beneficial element, and adaptation to saline conditions.