ABIOTIKUS HATÁSOK KÉMIAI VIZSGÁLATA A KOCSÁNYOS TÖLGY (QUERCUS ROBUR L.) MAKK TÁROLÁSA ÉS KORAI ONTOGENEZISE FOLYAMÁN

Átírás

1

2 NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM, ERDŐMÉRNÖKI KAR, ROTH GYULA ERDÉSZETI- ÉS VADGAZDÁLKODÁSI TUDOMÁNYOK DOKTORI ISKOLA Az erdőgzdálkodás biológii lpji (E2) progrm Pozsginé Hrsányi Mónik ABIOTIKUS HATÁSOK KÉMIAI VIZSGÁLATA A KOCSÁNYOS TÖLGY (QUERCUS ROBUR L.) MAKK TÁROLÁSA ÉS KORAI ONTOGENEZISE FOLYAMÁN Társ-témvezető Dr. Albert Levente egyetemi tnár Társ-témvezető Dr. Németh Zsolt István egyetemi docens Sopron 2008

3 Abiotikus htások kémii vizsgált kocsányos tölgy (Quercus robur L.) mkk tárolás és kori ontogenezise folymán Értekezés doktori (Ph. D.) fokozt elnyerése érdekében Készült Nyugt-mgyrországi Egyetem, Erdőmérnöki Kr, Roth Gyul Erdészeti- és Vdgzdálkodási Tudományok Doktori Iskol, Az erdőgzdálkodás biológii lpji (E2) progrmjánk keretében Írt: Pozsginé Hrsányi Mónik Társ-témvezető: Dr. Albert Levente Elfogdásr jvslom (igen / nem) Társ-témvezető: Dr. Németh Zsolt István Elfogdásr jvslom (igen / nem) (láírás) (láírás) A jelölt doktori szigorlton... % -ot ért el, Sopron, Szigorlti Bizottság elnöke Az értekezést bírálóként elfogdásr jvslom (igen /nem) Első bíráló (Dr.... ) igen /nem (láírás) Második bíráló (Dr.... ) igen /nem (láírás) (Esetleg hrmdik bíráló (Dr.... ) igen /nem (láírás) A jelölt z értekezés nyilvános vitáján... % -- ot ért el Sopron, Bírálóbizottság elnöke A doktori (PhD) oklevél minősítése... Az EDT elnöke

4 TARTALOMJEGYZÉK A KUTATÁSI TÉMA JELENTŐSÉGE... 1 I. SZAKIRODALMI RÉSZ A KOCSÁNYOS TÖLGY (QUERCUS ROBUR L.) AZ EGYEDFEJLŐDÉS A mg kilkulás A tölgymkk kémii összetétele Nedvességtrtlom Szénhidrátok Lipidek Aminosvk, fehérjék Járulékos nygok Hormonok A csírázást befolyásoló tényezők Levegő Hőmérséklet Fény Vízfelvétel A mgvk csírázás Trtléktápnygok mobilizálás TÁROLÁS Tárolás ltt lejátszódó biokémii folymtok A NÖVÉNYI STRESSZ Stressztényezők csoportosítás A stressz szkszi A stresszre dott válsz Stresszjellemző szignál prméterek A polifenol-oxidáz (PPO; E.C ) A peroxidáz (POD, E.C ) A ktláz (KAT, EC ) Stressz jellemzése enzimkorrelációvl Az endogén formldehid A fenoloidok ABIOTIKUS HATÁSOK Hidegstressz htásár bekövetkező biokémii változások Fényhiánystressz htásár bekövetkező biokémii változások Szárzságstressz htásár bekövetkező biokémii változások KUTATÁSI CÉLOK II. KÍSÉRLETI RÉSZ MINTA, ANYAG ÉS MÓDSZER Kísérlettervezési szempontok... 39

5 5.2 Csírázttási, csemetenevelési körülmények Egyedfejlődés vizsgált Tárolási vizsgáltok Stresszvizsgáltok A meghtározott fiziki és kémii prméterek Mintelőkészítés, extrkció, nyg, eszköz és vizsgálti módszer A mkk tömegének és sűrűségének meghtározás Az endogén formldehidtrtlom meghtározás A fenoloidtrtlom meghtározás A ktláz enzim tivitásánk meghtározás A peroxidáz és polifenol-oxidáz enzimek tivitásánk meghtározás A mérési eredmények feldolgozás III. KÍSÉRLETI ERDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE A FIZIKAI ÉS KÉMIAI PARAMÉTEREK VIZSGÁLATA Biokémii és fiziki prméterek változás z egyedfejlődés ltt A csírázás htás kocsányos tölgy mkk fiziki sjátságir Az endogén formldehidtrtlom A fenoloidtrtlom A ktláz ktivitás A peroxidáz és polifenol-oxidáz ktivitások A fehérjetrtlom A tárolás, mint környezeti körülmény htás fiziki és biokémii prméterekre A tárolás htás csírképességre és mkk sűrűségére Az endogén formldehidtrtlom A fenoloidtrtlom A ktláz ktivitás A peroxidáz és polifenol-oxidáz ktivitások A fehérjetrtlom A kocsányos tölgy stresszvizsgálti A kocsányos tölgy mkk hidegstressz vizsgált Az endogén formldehidtrtlom A fenoloidtrtlom A ktláz ktivitás A kocsányos tölgy csemete hidegstressz vizsgált Az endogén formldehidtrtlom A fenoloidtrtlom A ktláz ktivitás A peroxidáz és polifenol-oxidáz ktivitások A fehérjetrtlom A kocsányos tölgy csemete fényhiánystressz vizsgált Az endogén formldehidtrtlom... 73

6 A fenoloidtrtlom A ktláz ktivitás A peroxidáz és polifenol-oxidáz ktivitások A fehérjetrtlom A kocsányos tölgy csemete szárzságstressz vizsgált Az endogén formldehidtrtlom A fenoloidtrtlom A ktláz ktivitás A peroxidáz és polifenol-oxidáz ktivitások A fehérjetrtlom A stressz jellemzése enzimkorrelációs vizsgáltokkl A hideg és fényhiánystressz enzimkorrelációs vizsgált A szárzságstressz enzimkorrelációs vizsgált IV. ÖSSZEFOGLALÁS AZ ELVÉGZETT KÍSÉRLETES MUNKA ÖSSZEGZÉSE TÉZISEK KIVONATOK V. KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS VI. IRODALOMJEGYZÉK Ábrák jegyzéke Tábláztok jegyzéke Mellékletek jegyzéke VII. MELLÉKLETEK

7 A KUTATÁSI TÉMA JELENTŐSÉGE A kocsányos tölgy (Quercus robur L.) Mgyrország erdeinek 9,1 százlékát borító domináns, őshonos ffj. A jó termőhelyen álló kocsányos tölgyesek legértékesebb, legngyobb éves átlgos jövedelmet dó állományok közé trtoznk. Az ember legelőhöz, szántóföldhöz, fnyghoz vló jutásánk következményeként, múlt százdbeli iprosodássl járó erdőirtás és folyószbályozások mitt, - melyek leginkább z Alföldet érintették - vlmint z erőteljes tljvízszint csökkenés okán természetes erdőterületeink ngyság jelentős mértékben lecsökkent. A megmrdt állományok idegen ffjokkl történő felújítás, szélsőséges időjárás kedvezőtlen htás, cspdékhiány, vdkár mind-mind hozzájárulnk erdeink minőségi és mennyiségi leromlásához. Ezek károk legsúlyosbbn kocsányos tölgyeseinket érintették és érintik mi npig folymtosn. Folymtos problémát jelentenek friss hjtásokr z őszi kori fgyok, késői fgyok pedig vegetáció beinduláskor okoznk veszteségeket. A termőhely gondtln megválsztás következtében is legyengülhetnek erdei állományink, szbd utt biztosítv ezzel különféle kórokozók, károsítók számár. Fontosnk trtom még megemlíteni füstgáz kibocsátást, svs esőket és tljszennyezést, mint erdőállományinkt lttomosn korlátozó tényezőket. A kén-dioxid, fluor- és klórvegyületek, z ólom-, fém- és koromtrtlom nemcsk növényekben, de hozzájuk szorosn kpcsolódó életközösségekben is mélyrehtó változásokt indukálnk, melyek tünetei hosszú idő után megbetegedést okoznk fákon ót kocsányos tölgy egészséges fegyedeinek rány negyedére esett vissz s években elkezdődött erdősítési progrmnk köszönhetően hzánk erdőterülete folymtosn gyrpodik. A kezdeti célokt illetően leginkább gzdsági érdekek foglmzódtk meg. Elsődleges feldtként z erdők ftermésének fokozás, termőtlj védelme, illetve fellátás kpott hngsúlyt, mjd felismerték z erdők igzi értékét és jelentőségét: z oxigéntermelés mellett tisztítják levegőt, megkdályozzák tljeróziót, víz elfolyásánk lssításávl csökkentik z árvízveszélyt, mérséklik vihrok erejét és hőmérséklet-különbségeket, z ember egészségére közvetlenül pozitív htást gykorolnk. Ennek következményeként egyre inkább előtérbe került z erdőtelepítések közjóléti, környezet- és természetvédelmi szerepe és szolgálttási. Már Mgyrország egynegyedét borítják erdők. Vlmennyi telepítési időszk terveinek összeállítás és megvlósítás során z erdészeti kuttás eredményeit széles körben hsznosították. Az erdőtelepítéssel kpcsoltos kuttások kiemelt szerepet kptk. A ngyszbású erdőtelepítési progrm megvlósításánk lpvető előfeltétele szükséges szporítónyg (mg és csemete) megtermelése. Egyenletes csemeteellátásr vn szükség, melyhez szükség vn szporítónyg minőségromlás nélküli tárolásár, tárolt mkktétel minőségének nyomon követésére, csírázóképesség folymtos vizsgáltár. A mkk kereskedelmi értékének megőrzéséhez nélkülözhetetlen új tárolási technológiák fejlesztése, rezisztens egyedek kiválsztásához elengedhetetlen z egyedek biológii állpotánk jellemzése, melyhez gyors, htékony, könnyen kivitelezhető mérési módszerekre vn szükség. Mindezek megvlósítás gykorlti hsznosítássl kecsegtető elméleti feldt, melynek nemzeti erdősítési progrmbn rendkívül fontos szerepe vn. A Nyugt-mgyrországi Egyetem Kémii és Termőhelyismerettni Intézetének Kémi Tnszékén z Erdőművelési Tnszék okttóivl közösen több mint tíz éve fogllkoznk z erdei fák szporítónygánk biotikus és biotikus htásokr bekövetkező stresszvizsgáltávl. Az eddigi kuttások egyik célj csertölgy (Quercus cerris L.) mkk tárolási körülményeinek optimlizálás volt. Módszert dolgoztk ki csírképes 1

8 szporítónyg kiválsztásár, tnulmányozták csírázás optimális körülményeit z ontogenezis kori szkszibn. A csertölgy mgvink tárolás során és ontogenezisének kori szkszibn lezjló fiziológii és biokémii változások, vlmint gyógy- és hszonnövények élettni folymtink vizsgáltábn már régót sikerrel lklmzott endogén formldehid ciklus elméletét és kuttási módszereit kiterjesztettem kocsányos tölgyre (mkk és csemete). Az elmélet ezen növényeket érő környezeti htások nyomon követésére z endogén formldehidet és generátorit hsználj fel jelző molekulákként. Bizonyították, hogy z endogén formldehidtrtlom mérésén keresztül z állpotváltozások, illetve stresszszindróm lefolyás nyomon követhető. Értelmezték továbbá mkk imbibíciós folymtábn bekövetkező ktláz ktivitás változását is z endogén formldehid ciklussl kpcsoltbn. Kuttásim célj kocsányos tölgy mkk (Quercus robur L.) jelzőprméterek mennyiségi változásán keresztüli jellemzése z egyedfejlődés kori szkszábn, vlmint tárolás ltt. A szignál prméterek körét kibővítettem enzimktivitás mérésekkel, illetve polifenol-trtlom meghtározássl, melyek bizonyítottn stresszérzékeny indikátorok és fontos szerepet töltenek be növények fejlődése során. Abiotikus stresszvizsgáltokt végeztem kocsányos tölgy mgvkon és fitl csemete növényeken. Új környezetihtásvizsgálti módszert dolgoztm ki, melyben növény stresszre dott válszrekciój során megjelenő fiziológiás események nyomon követése enzimkorrelációs vizsgáltokkl történik, így lehetőség nyílik környezet növényekre gykorolt biotikus htásink finombb feltérképezésére. A szkirodlmi rész tárgylásánál célom vizsgált növényfj nygkészletének ismertetése, mgvk egyedfejlődése és tárolás folymán bekövetkező fiziológii és biokémii folymtok, és z ezt befolyásoló legfontosbb külső környezeti tényezők bemuttás, vlmint válsztott indikátor prméterek említett folymtokbn és növényi stresszben betöltött funkcióink áttekintő felvázolás. 2

9 I. SZAKIRODALMI RÉSZ 1. A KOCSÁNYOS TÖLGY (QUERCUS ROBUR L.) A kocsányos tölgy elsősorbn sík vidékek ffj. Különleges sjátosság, hogy ártéren, homokon és sziken egyránt megtlálhtó. Észkon 63. szélességi fokig, keleten z Urálig, délen Kis-Ázsiáig és Földközi tengerig, nyugton dél-spnyolországot kivéve egész Európ sík vidékein és lcsonybb dombvidékein megtlálhtó. A hzi erdők mintegy 10 %- kocsányos tölgy. Ngyobb területű állományi m már csk Sztmár-Beregisíkon, Körösök mentén és Dráv-síkon fordulnk elő. Erőteljes növekedéséhez enyhe éghjltot igényel. A hosszntrtó szárzságot jól tűri. Ez teszi homok- és szikfásítás legfontosbb ffjává. Hideg iránt sem érzékeny, de ngyon erős téli hidegek törzsén fgyrepedéseket okoznk. A kései fgyok mitt gykrn szenved, mert korán fkd. Fitlon árnylásávl és lombhullásávl kissé jvítj tljt, később erősen kigyérül, ltt elhtlmsodnk gyomnövények és cserjék. Alomj sok csersvt trtlmz, mi hátrálttj humuszképzést. A tlj tápnygtrtlmávl szemben ngyon igényes. A tápnygbn gzdg, mély, üde gygtljokt kedveli. Legjobbn növekszik z ártereken, mert ott megismétlődő árdások állndón új tápnygokkl gzdgítják tlját. A pngó vizeket nem szereti. Nem igényel feltétlenül háromszintes tljokt. Alkj: Elsőrendű f. Elérheti 40, sőt z 50 méteres mgsságot is, hzánkbn zonbn inkább csk 30 és 40 m közötti példányok vnnk. Szbd állásbn rövid törzset és földig boruló htlms félgömb lkú koronát fejleszt. Zárt állásbn hosszú hengeres törzset képez, de törzs rendszerint nem követhető csúcsig. Gyökere: m mélyen is megkeresi tljvizet. Ennek köszönheti ngy szárzságtűrését. Oldlgyökerei gzdgon elágznk és terjedelmesek. Rügyei: tojásddok, tomp csúcsúk, kopszok, többnyire ötszögletesek, világosbrnák. A csúcsrügyek szintén csoportosn helyezkednek el, de kisebb számbn, mint kocsánytlntölgynél. A fitl hjtások brnák vgy zöldesszürke színűek. Levelei: 4-12 cm hosszúk, 3-4 cm szélesek, egy-egy oldlán 4-6 kréjjl. Alkjuk rendkívül változtos, de rendszerint csúcs közeli hrmdábn legszélesebbek, innen nyél felé hldv hirtelen, mjd mérséklődően keskenyedők. A levéllp két fülcimp lkbn végződik. A nyél csk 2-6 mm hosszú. A kréjvégek lekerekítettek. H összekötjük kréjvégeket, ívelt körte lkot kpunk. Helyenként z öblökben is erek futnk. A levelek fényesek, sötétzöldek, fonákjuk világosbb, teljesen kopsz, fitl korbn zonbn lig kivehető finom pelyhek borítják. A levél ripcs helye félkör vgy háromszög lkú. Termése: Hosszú kocsányon lógó, pikkelyes, rücskös kupcsbn ülő termése vn. A mkkok vgy zömökek, vgy elnyúlt hordó lkúk, mm hosszúk mm vstgok. Felületük mindig sim, fényes, eleinte zöld, később világosbrn, sötétebb hossznti sávokkl trkított. A mkk lpos, egyenes tlpán megáll. Az első év októberében érik. A kupcs mkk 1/4-ét, 1/3-át, de sokszor csk 1/5-ét, 1/6-át tkrj, 8-10 évenként bőven, 4-5 évenként közepesen, 2-3 évenként gyéren terem. Szbd állásbn már 20, zárt állásbn csk év után terem. Növekedése: Az elvetett mkk 4-5 hét ltt csírázik. Először erőteljes krógyökeret fejleszt, és csk ezután nőnek ki föld felszínén ötösével álló, eleinte kerekded, lig kréjos levelei. Sziklevelei tljbn mrdnk. A kikelt csemeték igen lssn, csk z állomány záródás után, éves korbn kezdenek gyorsbbn növekedni éves korbn mgssági 3

10 növekedése visszesik, de erőteljes vstgsági növekedését még sokáig megtrtj. Több száz évig él. Áltlábn évig trtjuk fenn. A csemeték 3-4 évig eltűrik z árnyékolást, később fényigényük növekszik, mi egyébként minden tölgyfélére jellemző. Ezért kedvező termőhelyen tölgyek természetes úton is felújíthtók. Ugynolyn jól srjdzik, mint kocsánytlntölgy. Legjobbk gyökfőről nőtt srjk. Felhsználás: Sokoldlú f. Elsőrendű dongf, tlpf és bányf, jó fűrészáru és késelési nyg készül belőle. Kérgéből sok és értékes csersvt vonnk ki. Mkkját korábbn sertésekkel etették (mkkolttás), olj nem szárd. Gubcsából vs hozzádásávl tintát készítettek. Gyógynövényként is számos problém kezelésére lklms. Károsítói: Bár jelentős számbn vnnk károsítói, ritkán okoznk súlyosbb vészt. A kori fgyok másodhjtásokt, kései fgyok virágokt teszik tönkre. A téli ngy fgyok törzsön fgyrepedéseket okoznk. A fitl csemetéken és srjállományokon gykori liszthrmt. Csemetekertekben és fitl erdősítésekben cserebogár és drótféreg károsít. Idősebb törzsekben frontó tplók, sárg fgyöngy, mjd ezek nyomán hőscincér is jelentős károkt okoz. Gykori kárt okoznk gubcsdrzsk levélen, hjtáson és termésen képzett szárz, illetve zsíros gubcsokkl. A lepkék közül gypjs és búcsújáró pille is károsítj (SZILÁGYI, 2001). 2. AZ EGYEDFEJLŐDÉS Az élő szervezetek egyik legfontosbb sjátság morfogenezis, mely z egyedi életben, fejlődés során bekövetkező mennyiségi és minőségi változásink összessége. Ezek egy része morfológii, másik része fiziológii, melyek szorosn összetrtoznk. A növény szerves nyg készletének növekedésével járó irreverzibilis térfogt- és tömeggyrpodást növekedésnek, z új minőség kilkulását differenciálódásnk nevezzük. Ezek együttesen eredményezik növény fejlődését. Egyedi életük során végbemenő felépítés- és működésbeli változások törvényszerű egymásutánját ontogenezisnek nevezzük. A növekedés és fejlődés belső, öröklött tuljdonságok (genotípus), és külső környezeti tényezők interkciójánk következménye, mely kpcsoltrendszer rendkívül bonyolult. Egy növény morfológii és fiziológii sjátságit (fenotípusát), genetikilg determinált enzimkészlete htározz meg. A génktivitást elsősorbn környezet áltl befolyásolt hormonális egyensúly determinálj. A környezeti tényezők meghtározzák növény nygcseréjét, megjelenését, vlmint optimális növekedését, tehát közvetetten és közvetlenül is htnk génktivitásr, illetve z enzimrendszerek ktivitásár. Ez z ok, hogy z öröklött tuljdonságok csk megfelelő környezeti feltételek mellett relizálódnk. H növekedés és fejlődés feltételei nem esnek egybe, fiziológii zvr, növekedés vgy fejlődés korlátozás következik be (PETHŐ, 1993). A kétszkszos nemzedékváltkozás körébe trtozó történéseket morfológii változások lpján két fő fázisr lehet osztni. A sporofitikus szksz történései közé trtozik nyuglmi állpotbn lévő mg, csírázás, és vegettív fejlődés. A gmetofitikus szkszbn játszódik le virágképzés, megtermékenyítés, illetve z embrió- és mgképzés (IZSÁKI, 2004). 4

11 2.1 A mg kilkulás A mg nyitv- és zárvtermő növények genertív szporítószerve, mi z nynövényen megtermékenyülés után jön létre. A mg három fő részből áll. Ezek mghéj, táplálószövet (sziklevél) és z embrió (1. ábr). Ontogenetikilg mgbn lévő embrió új egyednek tekinthető, tehát z ontogenezis petesejt megtermékenyülésével kezdődik. 1. ábr A kétszikű mkk felépítése. A mg fejlődése, növekedése komplex fiziológii folymtok és körülmények sorozt. Ezek folymtok legtöbb mérsékelt égövi f esetében hsonlón mennek végbe (BONNER és NISLEY, 2002). Áltlánosságbn elmondhtó, hogy megtermékenyítéstől z érett mg létrejöttéig lezjló differenciálódási, biokémii és fiziológii folymtok együttes megnevezése mgképződés, illetve áltlánosn elterjedt kifejezéssel z érés. Az érés folymtát rendszerint morfológii és fiziológii prméterek lpján jellemzik. A fiziológii érettség állpot teljes csírázóképességet elért mgr jellemző. Az érése során z embrió fokoztosn befejezi növekedését. A nedvességtrtlom jelentősen csökken, z nygcserefolymtok intenzitás minimumr esik (SZABÓ, 1980). 2.2 A tölgymkk kémii összetétele A mgvk kémii összetevőinek ngy része z egyéb növényi szövetek komponenseivel megegyező (1.-2. táblázt). A mennyiségi összetétel zonbn jelentősen eltérő. A mgszövetek lkotói fehérjék, lipidek, szénhidrátok és járulékos nygok. A mgvk kémii összetétele genetikilg meghtározott, melyet környezeti tényezők (éghjlt, termőhely, stb.) reltíve kismértékben befolyásolnk. A táplálószövetben rktározott szénhidrátok, lipidek és fehérjék képezik z új egyed növekedéséhez szükséges szerves nyg- és energiforrást mindddig, míg csírnövény önálló táplálkozásr nem képes. 1. táblázt Quercus robur L. mkk kémii összetétele (SALAJPAL et l., 2004). Összetevő Tnnin Hmu Nyerszsír Szárz tömeg (g/kg sz..)

12 2. táblázt Tölgyfjok mkkjink kémii összetétele (BONNER és VOZZO, 1987). Fjt Nyerszsír Összcukor Összfehérje P C Mg Vörös tölgy, Erythroblnus % Q. cocine Q. flct vr. flct Q. flct vr. pgodoefoli Q. nigr Q. nuttllii Q. plustris Q. phellos Q. shumrdii Fehér tölgy, Lepidoblnus Q. lb Q. durndii Q. lyrt Q. mcrocrp Q. michuxii Q. muhlenbergii Q. stellt Q. virginin Nedvességtrtlom Az érett mkkok rendkívül mgs víztrtlomml rendelkeznek, fekete tölgy mkkjié 40 %, fehér tölgyé 50 % körüli (FINCH-SAVAGE et l., 1992). Nincs vlódi nyuglmi állpotuk. A legtöbb fjt kicsírázik röviddel lehullás után, néhány fj mkkji már fán, beleértve néhány Quercus fjt is. Ez jelenség z ún. vivipri. A kocsányos tölgy mkkji nem viselik el z erős vízvesztést, így hosszú időn keresztül nem tárolhtók életképességük jelentős csökkenése nélkül (ROBERTS, 1973). Nincs kifejezett érési szárz állpotuk, mert fejlődésük sohsem áll le teljesen (PLIEGO- ALFARO et l., 1996). Víztrtlmuk z érés utolsó periódusábn 40 % (2. ábr). 2. ábr Kocsányos tölgy mkk víztrtlm z érés ltt (PREWEIN et l., 2006). 6

13 2.2.2 Szénhidrátok A szénhidrátok mkkok egyik fő energi rktározói. A mgvkbn előforduló szénhidrátok ngy része keményítő és hemicellulóz. Keményítő trtlmú mgvk jellemzik gbonnövényeket, hüvelyeseket és tölgy fjokt is. Az egyes fjok között jelentős különbségek muttkoznk szénhidráttrtlom tekintetében. Vízi tölgy (Quercus nigr) érése során teljes szénhidráttrtlom 26 %, míg fehér tölgyre (Quercus lb) vontkozón ez z érték szárz tömeg 46 %-. Elsősorbn mghéj, gyökércsúcs és sziklevél szöveteiben fordulnk elő. Időszkos változásuk mindkét fj esetében hsonló. A kioldhtó szénhidrátok mennyisége z érés ltt fokoztosn növekszik, mjd éles csökkenés következik be, mint átlkulnk nem oldhtó formává. A sztrtifikáció ltt vízi tölgy esetében keményítő z embrió hjtásából gyök felé trnszlokálódik. Csírázás során zonbn, egyenletesen oszlik meg közöttük. A sziklevelek keményítőtrtlm folymtos csökkenést mutt teljes csírázási periódus ltt. Hsonló tendenci szerint változik hemicellulóz is, gyors sszimilációt követően mennyisége lecsökken. Fehér tölgy fjok esetében gykorltilg nincs lényeges különbség csírázó és nem csírázó mkkok nem kioldhtó szénhidrátjink loklizációját illetően. Mindkét állpotbn z embrió keményítőszemcséi méretben és mennyiségben hsonlók. Ezek mkkok csírázás beindulás előtt szénhidráttrtlékokt rktároznk z embrióbn (BONNER és VOZZO, 1987). Kocsányos tölgy mkk embriójánk különböző fejlődési állpotibn eltérő mennyiségű szénhidrátokt zonosítottk: inozitot, mnnitot, glktózt, trehlózt, xilózt, rbinózt, glükózt, fruktózt és szchrózt. A lignintrtlom mg kifejlődése során folymtosn növekvő értéket mutt, hsonlón keményőtrtlomhoz. A csírázóképes szomtikus embrióbn lignintrtlom mgsbb volt, mint z ugynbbn z állpotbn lévő, nem csírázóbn (PALADA-NICOLAU és HAUSMAN, 2001) Lipidek A mgvkbn lipidek áltlábn zsírsvk gliceridjeiként vnnk jelen. A vízi tölgy mkkjink nyerszsírszintje október végére mkkok szárztömegének 20 %-, míg fehér tölgynél ez z érték lig éri el 4 %-t. A foszfolipidek sziklevélben, z embrióbn, vlmint hjtáscsúcsbn koncentrálódnk z érési periódus ltt. Amint mkkok nyuglmi állpotból csírázási fázisb lépnek, lipidek sziklevélből z embrió tengelyébe trnszlokálódnk. A sztrtifikáció során lipidcseppek különválnk, és leginkább kis csoportokbn, egyedi cseppekként tlálhtók meg csírázó embrióbn. Fehér tölgyek csírázó mkkjibn foszfolipidek hjtáscsúcsbn koncentrálódnk, ritkán tlálhtók sziklevelekben (BONNER és VOZZO, 1987). Kocsányos és csertölgy mkkokból hétféle zsírsv komponenst zonosítottk, plmitin-, szterin-, rchidon-, plmitolj-, olj-, linol-, és α-linolénsvt. A legfontosbbk z oljsv (Q. robur: 44.3 %; Q. cerris: 43.0 %), illetve linolsv (Q. robur: 37.2 %; Q. cerris: 32.6 %), vlmint plmitinsv (PETROVIĆ et l., 2004). KAROLYI et l. (2007) ezen kívül mirisztin-, mrgrin-, és eikozénsv-trtlmt is kimutttk kocsányos tölgy mkkjibn. 7

14 2.2.4 Aminosvk, fehérjék A mgvk rktározó szöveteiben z egyedfejlődés során trtlékfehérjék szintetizálódnk. E fehérjekészlet fedezi fejlődő csírnövény N-szükségletét csírázás folymán (PETHŐ, 1993). Az egyes fjok között zonbn jelentős különbségek muttkoznk z minosvk minőségi és mennyiségi összetételét tekintve. Tölgymkkok esetében fehérjetrtlom lcsony értéket mutt szárztömeg százlékábn. Legngyobb mennyiségben citoplzm trtlmzz sziklevélben, z epidermiszben és szomszédos rétegeiben (BONNER és VOZZO, 1987). Érett tölgymkk összfehérje-trtlm 2.75 és 8.44 % közötti (ÖZCAN, 2006). Aminosvk közül legngyobb mennyiségben szprgin- és glutminsvt trtlmznk, leglcsonybb metionin szintje. Az esszenciális minosvk közül mindegyik fj reltíve ngy mennyiségben trtlmz leucint, lizint és vlint (3. táblázt). 3. táblázt Tölgyfjok összfehérje- és minosvtrtlm (kivont: ÖZCAN, 2006). Fj/Aminosv (mg/100g sz..) thr vl met ile leu tyr phe lys sp ser glu gly l his fehérje% Q. robur ssp. robur ,19 Q. cerris vr. cerris ,06 Q. ilex ,25 A tárolt fehérjék egy része biológiilg ktív vgy ktiválhtó (enzim fehérjék). A kocsányos tölgy rktározószöveteiből számos enzim mutthtó ki (4. táblázt). ZANETTO et l. (1996) csírázó mkk sziklevél-, gyök- és rügyszöveteiből tizennégy, ROTHE (1990) sziklevélszövetekből tizenhárom enzimrendszert vizsgált. 4. táblázt Csírázó kocsányos tölgy mkk enzim összetétele. Enzim név Rövidítés ECszám Szerzők szuperoxid-dizmutáz SOD Rcchi et l., 2001 ktláz KAT leucin-minopeptidáz LAP Znetto et l., 1996; Dnkwrdt és Rothe (nem publ.) α-eszteráz EST mendion-reduktáz MR foszfoglükóz-izomeráz PGI foszfoglükomutáz PGM peroxidáz POD Dnkwrdt és Rothe (nem publ.) glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz G6PDH lnin-minopeptidáz AAP Znetto et l., 1996 cid-foszftáz ACP diforáz DIA glutmát-dehidrogenáz GDH glutmát oxlocetáttrnszmináz GOT izocitrát-dehidrogenáz IDH mlát-dehidrogenáz MDH foszfoglükonát-dehidrogenáz 6-PGD sikimát-dehidrogenáz SKDH α-miláz AMY Ebermnn és Korori,

15 2.2.5 Járulékos nygok A mgok ásványinyg-trtlm fontos szerepet játszik csírázás és csemete kifejlődése során. A mgbn kkumulálódott mkro- és mikroelemek lpvető funkcióvl rendelkeznek metbolitktivitás szbályozásábn. A gyökérrendszer kilkulásáig biztosítják növény ásványi elem utánpótlását (KASTORI, 1984). A mgfejlődés folymán z nynövényből z poplsztb trnszlokálódnk, mjd z embrióbn felhlmozódnk (WOLSWINKEL, 1992). A szöveti struktúrákbn megoszlásuk eltérő. A mgok tényleges tápnygkészlete és termőhely ásványinyg-trtlm között nincs kölcsönhtás (KITAJIMA és FENNER, 2000). Felvételük, trnszportjuk és eloszlásuk genotípusonként változó (SARIĆ, 1981). Tizenhét kocsányos tölgy genotípus esetében áltlános szekvenciájuk z embrióbn következő: N > K > C > P > Mg > N > Fe > Zn > Mn > Cu. Az egyes szövetek kémii összetétele eltérő (5. táblázt). A C, Mg, Fe és Mn koncentrációj termésfl- és mghéjszöveteiben mgsbb, mint z embrióbn (NIKOLIĆ et l., 2006). 5. táblázt Kocsányos tölgy mkk átlgos nutrienstrtlm különböző szövetekben. N P K C Mg N Zn Szövet/Ásványinyg mg/g mg/g mg/g mg/g mg/g mg/g μg/g koncentráció sz.. sz.. sz.. sz.. sz.. sz.. sz.. Fe μg/g sz.. Mn μg/g sz.. Embrió Termésfl+mghéj Kocsányos tölgy mkkji különböző tápnygok mellett számos biológiilg ktív vegyületet is trtlmznk (tnninok, gllusz- és ellgsv, glloil- és hexhidro-difenolos szármzékok), melyek ntioxidáns ktivitássl rendelkeznek (6. táblázt) (RAKIĆ et l., 2007). Ezek vegyületek, növényi metbolizmus másodlgos nygcseretermékei, komoly szerepet töltenek be z egészséges táplálkozásbn, mint ún. funkcionális élelmiszerek (FERRARI és TORRES, 2003). Mint 6. táblázt Kocsányos tölgy és csertölgy mkk fenoloid- és flvonoidtrtlm (RAKIĆ et l., 2007). Cu μg/g sz.. Fenoloid trtlom (mg gllusz sv ekv./mg sz..) Gllusz sv Flvonoidok FRAP (μmol/mg sz..) Teljes Nem-tnninok Tnninok (%) (%) Q. robur 0.223± ± ± ±0.03 Q. cerris 0.229± ± ± ± Hormonok A tápnygok felhlmozásávl egy időben hormonális változások történnek mkkon belül. A fő hormonok z uxinok, gibberellinek, citokininek és z bszcizinsv. Ezek hormonok nem teljesen tisztázott kulcsfontosságú szerepet játsznk mkkok növekedése és fejlődése során. A fő uxin mkkokbn z indolecetsv (IES), szbd és kötött állpotbn is megtlálhtó. Számos f mgjábn zonosították, vízi tölgyben, kocsányos tölgyben. Több mint 80 gibberellin ismert, melyeknek több mint felét kimuttták mkkokból, vízi tölgyből, kocsányos tölgyből. A citokinineket fás növények esetében ritkán tnulmányozták, de kocsányos tölgyben, lmábn és meggyben kimuttták. Sokkl több figyelmet fordítottk z bszcizinsvr (ABS) dormnciábn és kiszárdás elleni védelemben betöltött jelentős szerepe mitt. Azonosították kocsányos tölgyből, körtéből és brcból (BONNER és NISLEY, 2002). 9

16 2.3 A csírázást befolyásoló tényezők A csírázás nnk fejlődési folymtnk folyttás, mely z embrió kilkulásávl kezdődött el. Az embrionális fejlődés heterotróf szkszánk befejező fázisábn trtléktápnygok felhsználásávl csír kinő mgból és csírnövénnyé lkul. A legfontosbb csírázást befolyásoló környezeti fktorok vízfelvétel, hőmérséklet, fény és z oxigén (IZSÁKI, 2004) Levegő Amint mghéj felnyílik, fejlődő csírnövénynek z nygcsere-folymtihoz energiár vn szüksége. Az energiát z ATP szolgálttj, mely szénhidrátok oxidációs lebontásábn termékként keletkezik. A légzési láncbn cukrok szén-dioxiddá lkulásához viszont oxigénre vn szükség, ezért z oxigén jelenléte csírázás egyik kritérium (KRAMER és KOZLOWSKI, 1979). Természetes körülmények esetén, néhány növényfj kivételével, csírázáshoz z oxigén levegőből szármzik. Az oxigén-felvétel sebessége csírázás folymán hsonló tendenciát követ, mint vízfelvétel (KOZLOWSKI és GENTILE, 1959) Hőmérséklet A különböző fjok csírázássl kpcsoltos hőmérsékleti igénye fjonként változó optimumokt mutt. A csírázás hőmérsékleti optimumi ugynis zokt külső körülményeket jellemzik, melyek z dott fj fejlődéséhez szükségesek. Mérsékelt övi fák esetében ez minimum 2-3 C-tól mximum 45 C-ig terjedő trtomány (BONNER et l., 1994). Az áttelelő növények 10 C-nál, z egynyári növények C-nál csíráznk legjobbn. Kivételes esetet jelent z lcsony hőmérséklet pozitív htás már megduzzdt mgvkr. Vnnk olyn mgvk, melyek csk hideg sztrtifikálás, vgyis nedves közegben 0 C-ot lig meghldó hőmérsékleten vló tárolás után tudnk csírázni és zvrtlnul fejlődni. A hőmérséklet csírázás sebességét és nem teljes folymtot befolyásolj (BONNER és NISLEY, 2002). A csírázás hőmérséklet- és nedvességigénye nem független egymástól (GÁSPÁR, 1970) Fény Fás növények fejlődésében fénynek komplex szerepe vn. A fény fitokróm rendszer útján befolyásolhtj csírázást. A fény áltl serkentett és fény áltl gátolt mgvk fitokróm rendszere vörös- és sötétvörös hullámhosszt egyránt trtlmzó fényre eltérően regál. A fényen csírázó mgvkbn vörös fény P 660 -t P 730 -á, tehát pigment rendszer ktív formájává lkítj át, mely zután megindíthtj csírázást. A fényen gátolt mgvkbn vlószínűleg sötétben is elég ngy stcioner P 730 koncentráció hhoz, hogy csírázást beindíts. A sötétben csírázó mgvk megvilágításkor sötétvörös fénynek vn domináns htás, minek következtében már jelenlevő P 660 z ktív P 730 formáb lkul át (BEWLEY és BACK, 1994) Vízfelvétel A mgvk z érési periódus ltt nedvességtrtlmuk ngy részét elvesztik, így szignifikáns mennyiségű víz felvételére vn szükségük z egyedfejlődés folyttódásához. Körülbelül % nedvességtrtlomml kell rendelkeznie mgoknk. A csírázási folymt első lépése vízbszorpció (imbibíció), mely mgvk egy jellegzetes duzzdt állpotához vezet. A felvett víz sejtek megngyobbodását eredményezi, illetve kilkuló 10

17 nyomás elősegíti mgvk terméshéjánk felrepedését (IZSÁKI, 2004). A duzzdás sebességét három tényező htározz meg: mg összetétele, mghéj permeábilitás és mgfelülethez szállítódó víz trnszportj. A hidrolitikus biokémii folymtok tárolt mkromolekulákt (lipidek, keményítő, fehérjék) építőegységeikre bontják. A vízfelvétel és duzzdás eredményeként mgsűrűség csökkenése mellett mgvk tömege és térfogt növekedik, tömeg és sűrűség változás egymássl lineárisn korrelál (NÉMETH et l., 2004). A mgok vízfelvételének három fázis vn (VERTUCCI, 1989): egy kezdeti gyors vízfelvételt követően, egy lssú vízfelvétellel jellemzett rövid lg-periódus következik, melyet egy újbb gyors periódus követ z utócsírázás beindulás előtt (3. ábr). 3. ábr A vízfelvétel három fázis ltt lejátszódó biokémii folymtok (BEWLEY, 1997). 2.4 A mgvk csírázás A csírázás z embrionális fejlődés heterotróf időszkánk utolsó fázis, melyben specifikus biokémii események sorozt következik be (KIGEL és GALILI, 1995). A csír mg trtléktápnygink felhsználásávl kinő mgból és csírnövénnyé fejlődik. A fiziológii rektivizálódás szkszábn mgvk vízfelvételével párhuzmosn nő z nygcsere intenzitás, z embrióbn sjátos finomszerkezeti változások következnek be. Az érés során károsodott membránok regenerálódnk, intenzív fehérjeszintézis veszi kezdetét. A génműködés z bszcizinsvszint viszonylg mgs értéke mitt gátolt, ezért csk már szintetizálódott enzimek muttnk ktivitást (PETHŐ, 1993). Ezzel egyidejűleg fokozódik légzés, mely vízfelvételnél említett három szkszhoz hsonló mintáztot követ (4. ábr). 11

18 4. ábr Árp oxigén felvételének és fehérjeszintézisének kpcsolt csírázás kori szkszábn (Abdul-Bki, 1969). A kezdeti gyors intenzitás növekedés meglévő enzimkészlet ktiválódásából szármzik. Az ATP-szintézis sjátos úton vlósul meg (PERL, 1986) (5. ábr). 5. ábr Az ATP-szintézis útj csírázás kezdeti szkszábn (MAL - mlát; OA oxál-cetát; PEP - foszfoenol-piroszőlősv; NMN - nikotin-mid-mononukleotid; *-gl jelzett vegyületek z érés során felhlmozódnk) (PERL, 1986). Ezt egy állndó intenzitású lg-periódus követi, mely időszkkl párhuzmosn csír endogén szubsztrátkészlete fokoztosn kimerül, preformált enzimek és RNS-ek lebomlnk. A rktározó szövetekben megtörténik trtléktápnygok hidrolízise, vlmint mobilis szubsztrátok trnszlokációj csíráb. Nő génktivitás, minek eredményeképpen új RNS-ek és enzimek szintetizálódnk. Ezen új enzimkészlettel, vlmint rktározó szövetekben lévő szubsztrátokkl légzés ismételt fokozódás következik be, mellyel együtt nő mitokondriumok szám, élénkül z ATP-ciklus (BEWLEY és BACK, 1983; PETHŐ, 1993). 12

19 2.5 Trtléktápnygok mobilizálás A csírázás intenzív szkszábn megkezdődik trtléktápnygok lebontás. A nyuglmi periódussl nem rendelkező mgvk (Quercus robur L.) rktározott tápnygink hidrolízise és trnszlokációj csírázás intenzív szkszábn történik meg. A mgok rktározó szöveteiben z érési periódus ltt felhlmozódott keményítő bontás történhet hidrolitikusn milázok közreműködésével: keményítő α-miláz dextrin β-miláz mltóz szchrózszintetáz glükóz, illetve nem hidrolitikusn foszforiláz ktlízisével: keményítő UDPGpirofoszforilászintetáz szchróz- foszforiláz glükóz-1-p UDP-glükóz +P +UTP +fruktóz-6-foszfát szchróz-p foszftáz szchróz. Az utóbbi folymt csírázás kori szkszár, hidrolitikus lebontás, pedig későbbi szkszr jellemző (PETHŐ, 1993). A trtlékzsírokt döntően trigliceridek lkotják, melyeket lipáz zsírsvkr és glicerinre hidrolizál (WANG et l., 1984). A zsírsvk egy bizonyos hányd β-oxidáció során szchrózzá lkul és fejlődő csíráb irányul, másik részük lipidszintézis során hsználódik fel (BEEVERS, 1969). A lebontó és felépítő nygcsere-folymtok párhuzmosn zjlnk. Más két folymt szerepe és loklizációj is. A rktározó szövetekben lipidek lebontás fedezi szintetikus folymtok energiigényét. A lebontó folymt funkciój csír szén- és energiforrássl vló ellátás. A membránlipidek szintézise ezzel szemben z új sejtmembránok kilkulásánk, z nygcsere élénkülésének biztosítás csírábn és rktározó szövetekben egyránt. A mgvkbn tlálhtó fehérjék egy része enzimprotein, más része fejlődő csír N- forrásként (trtlékfehérje) szolgál. A trtlékfehérjék lebontását proteázok ktlizálják (CALLIS, 1995). A hidrolízis termékei (minosvk) csk részben metbolizálódnk rktározó szövetekben, jórészt csíráb trnszlokálódnk (BEWLEY és BACK, 1994; WANG et l., 2007). A fehérjék hidrolízise során keletkező minosvk egy része dezminálódik, ketosvk légzésben felhsználódnk. A felszbduló mmóni monomino-dikrbonsvkhoz kötődik és midok (szprgin, glutmin) formájábn szállítódik csíráb. A rktározott tápnygok kimerülése optimális esetben egybeesik fotoszintetizáló rendszer differenciálódásávl. A mgvk rendszerint elégséges trtléktápnyggl rendelkeznek. A hidrolitikus enzimek ktivitás fokoztosn csökken, rktározó szövetek (sziklevelek) fokoztosn elöregednek, elhlnk. A növények között e tekintetben is különbségek vnnk. Például bb elöregedett sziklevelei lehullnk, nprforgóé növényen mrdnk, megzöldülnek, s egy ideig sszimilálnk (PETHŐ, 1993). 13

20 3. TÁROLÁS A kocsányos tölgy mkkji reklcitráns mgvk csoportjáb trtoznk, melyek nem viselik el szárítást, így hosszú távú, életképességük csökkenése nélküli tárolásuk rendkívül nehéz (ROBERTS, 1973). A nedvességtrtlom kritikus értéke % közötti, ezen érték ltt mkk életképessége szignifikánsn leromlik. Mivel még lcsony hőmérsékleten is intenzív légzést folyttnk (SUSZKA, 1970; TYLKOWSKI, 1977), nem tárolhtók légmentesen lezárv. HOLMES és BUSZEWICZ (1955) nem légmentesen zárt edényben tárolták mkkot. SUSZKA (1970) úgy jvított ezen módszeren, hogy egy perforált csövet helyezett z edény közepére, mely leért egészen z edény ljáig mkk tömeg közepén és lehetővé tett egy bizonyos szellőzést (6.. ábr). Frnciországbn egymásr helyezett, átlyuggtott flú, ngy űrtrtlmú műnyg edényeket ( kg) is hsználnk tölgymkk tárolásr. Biztosítndó megfelelő O 2 CO 2 egyensúly fenntrtását, z edényeket nem töltik meg teljesen (6. b. ábr). 6.. és b. ábr Tölgymkk tárolási lehetőségei (Piotto és Di Noi, 2001).. SUSZKA és TYLKOWSKI (1980) kocsányos tölgy mgvk három éven keresztüli eredményes tárolásáról számoltk be, melynek során nedvességtrtlom lig csökkent. Tároló közegként tőzeget vgy szárz fűrészport lklmztk (1/1 térfogt ránybn mgvkkl) -1 C tárolási hőmérsékleten. A tároló közeg szerepe nedvesség felszívás, gázcsere lssítás, mgvk kiszárdásánk, illetve mgról-mgr történő gombfertőzésnek megkdályozás. Az utóbbi néhány évben új tárolási módszert dolgoztk ki, melynek során mkkokt egy diffúziós blkkl ellátott műnyg zsákb töltik, mit egy szilikon membrán zár le. Ez z blk ötször-htszor nnyi szén-dioxidot enged át, mint oxigént. A vízzel telt mgvk légzése mitt légtér gyorsn megtelik szén-dioxiddl, ugynkkor szegény lesz oxigénben, ennek következtében csökken mkkok légzése. A problém ott vn, hogy egy dott időtrtmú tároláshoz meg kell tudni htározni z blk méretét, mely lehetővé teszi csökkentett légzést, nélkül, hogy közben mgvk elpusztulnánk. Az optimális tárolási körülmények kiválsztásánál hőmérsékletre és mkkok víztrtlmár egyránt figyelemmel kell lenni. A mkkok hideggel szembeni ellenállóképességét szintén e két tényező htározz meg. Minél lcsonybb tárolási hőmérséklet és ezzel egyidejűleg, minél ngyobb víztrtlom, mkkok hidegtűrése nnál gyengébb. A 40 % nedvességtrtlmú kocsányos tölgy mkkok -9 C-nál, 45 % víztrtlmúk, pedig már -7 C-on tönkremennek. 14