NÖVÉNYÉLETTAN Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0010
Növényi stresszélettan
Előadás áttekintése 1. A növényi stressz, akklimatizáció és adaptáció fogalma 2. A fénytől függő fotoszintézis gátlás 3. Hőstressz 4. Ásványi sók többlete vagy hiánya 5. Fejlődésélettani és élettani mechanizmusok a környezeti stresszhatások leküzdésére
1. A növényi stressz, akklimatizáció és adaptáció fogalma 1.1. A homeosztázis a növényi életjelenségek egyensúlyának a fenntartása közel állandó feltételek között 1.2. A környezeti hatások megváltoztatják a homeosztázist, ekkor beszélünk biológiai stresszről 1.3. A növényi stressz néhány kedvezőtlen hatást eredményez a növény életében 1.4. A növények különböző módon válaszolnak az őket ért stresszhatásokra
Környezeti stresszhatások és a növény túlélése Forrás: Hopkins W.G., Hüner N.P.A. (2009): Introduction to Plant Physiology. p. 225.
1. A növényi stressz, akklimatizáció és adaptáció fogalma 1.5. A legtöbb növény képes elviselni bizonyos stresszhatásokat, ezek stressz rezisztensek 1.6. A stressz rezisztencia révén a szervezet alkalmazkodik, vagy akklimatizálódik a stresszhez 1.7. A környezeti tényezőkkel szembeni adaptáció hátterében genetikai változások állnak 1.8. Az egyes növények fenotípusos változékonysággal rendelkeznek, így válaszolnak a környezet változására 1.9. Az élettelen tényezők kiegyensúlyozatlansága elsődleges és másodlagos hatásokat gyakorol a növényekre
A stressz és az akklimatizáció sematikus ábrázolása Forrás: Hopkins W.G., Hüner N.P.A. (2009): Introduction to Plant Physiology. p. 242.
2. A fénytől függő fotoszintézis gátlás 2.1. A fotoszintézis fény telítődési pontja felett fénygátlás lép fel, ami a fotokémiai rendszerek károsodásával jár 2.2. A magas fényintenzitás okozta fénygátlás romboló hatású oxigén formák képződését eredményezi 2.3. A magas fényintenzitás eredményeként növekszik a felesleges elektronok mennyisége, ezek fehérjéket, lipideket, DNS-t és RNS-t károsító reaktív oxigén gyökök (ROS) képződését indukálják
A növekvő besugárzásra adott fotoszintetikus változás sematikus ábrázolása Forrás: Hopkins W.G., Hüner N.P.A. (2009): Introduction to Plant Physiology. p. 226.
Túlzott megvilágításnál jelentős különbség van a fotoszintézisre használt fény és a növény által elnyelt, de le is adott fény között Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 252.
A fotoszintézis fény-válasz görbéi különböző mértékű fénygátlásoknál Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2002): Plant Physiology. p. 182.
3. Hőstressz 3.1. A magas hőmérséklet leginkább a hidratált szövetek növekedését károsítja 3.2. A hőstressz a membránok és fehérjék károsodását eredményezheti 3.3. A hőstressz gátolhatja a fotoszintézist 3.4. A fagyási hőmérséklet jégkristály képzéssel és kiszáradással jár
A növények hőtűrése Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 762.
Az Atriplex sabulosa és Tidestromia oblongifolia fajok válaszreakciója a magas hőhatásra: membrán permeabilitás Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 763.
Az Atriplex sabulosa és Tidestromia oblongifolia fajok válaszreakciója a magas hőhatásra: fotoszintézis, légzés Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 763.
4. Ásványi sók többlete vagy hiánya 4.1. A talajok ásványi anyag tartalma változatos módon vezethet növényi stresszhatásokhoz 4.2. A talajok sótartalmának növekedése természetes úton is bekövetkezhet, de a nem megfelelő vízgazdálkodás eredményeként is 4.3. A citoszól nagy Na + és Cl - koncentrációja kicsapja a fehérjéket és megszünteti a membránok stabilitását
Különböző növényfajok alacsony sótartalmú kontroll talajhoz viszonyított növekedése a talaj sótartalmának függvényében Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 761.
Az elsődleges és másodlagos membrántranszport folyamatok szerepe szélsőséges környezeti feltételek mellett Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 774.
5. Fejlődésélettani és élettani mechanizmusok a környezeti stresszhatások leküzdésére 5.1. A növények módosíthatják életciklusukat elkerülve ezzel az abiotikus stresszhatásokat 5.2. A levélszerkezetben és viselkedésben végbemenő fenotípusos változások fontos stresszválasz reakciók 5.3. A növények változtatják sztómáik nyitottságát válaszul a vízhiányos körülményekre 5.4. A növények oldatok felhalmozásával, azaz ozmotikus kiigazítással válaszolnak a kiszáradó talajokra
Környezeti tényezők hatása a levelek alakjára: külső (balra) és belső (jobbra) levél egy fafaj lombjában Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 766.
Szójalevelek mozgása: válaszreakció az ozmotikus stresszre Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 768.
Az ozmotikus kiigazítás a növényi sejtek képessége, amivel oldatokat halmoznak fel, csökkentve ezzel a vízpotenciált vízhiány esetén Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 770.
5. Fejlődésélettani és élettani mechanizmusok a környezeti stresszhatások leküzdésére 5.5. A fitokelatinok kelátkötésbe vonnak ionokat, csökkentve ezzel reaktivitásukat és toxicitásukat 5.6. Számos növény rendelkezik hideggel szembeni akklimatizációs képességgel 5.7. Egyes növények túlélik a fagyási hőmérsékletet korlátozott jégképzésükkel 5.8. A hidegtűrő növények sejtmembránjaiban több telítetlen zsírsavat találunk
A fém-kelát fitokelatin molekuláris szerkezete Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 773.
Az uborka (Cucumis sativus) parenchima sejtek hőmérséklete a termésben fagyasztás során Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. Web material, http://5e.plantphys.net
Fagytűrő és fagyra érzékeny fajok mitokondriumainak zsírsav összetétele Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 775.
5. Fejlődésélettani és élettani mechanizmusok a környezeti stresszhatások leküzdésére 5.9. Változatos hősokk fehérjék képződhetnek a növényekben különböző környezeti hatásokra 5.10. A rövid vagy közepes ideig tartó vízhiány hatására a fotoszintézis intenzitása fokozottan csökken, de a floém transzport nem változik a stresszhatás súlyossá válásáig
A vízhiány hatása a napraforgó (Helianthus annuus) fotoszintézisére és transzlokációjára Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 778.
Előadás összefoglalása A stresszor általában egy külső tényező, ami kedvezőtlen hatást gyakorol a növényre. Mind a természetes, mind a mezőgazdasági környezetben a növények ki vannak téve bizonyos mértékű stresszt okozó tényezőknek. A vízhiány, hősokk, hideg és fagyhatás, túlzott sómennyiség a leggyakrabban előforduló stresszorok. A növénytömeg és a mezőgazdaságilag fontos termés mennyisége a fentiek miatt kevesebb, mint amit a genetikai potenciál meghatároz. A növények képessége a kedvezőtlen környezeti hatásokkal szembeni ellenállásra: a stressz rezisztencia. A genetikailag meghatározott növényi adaptáció a stressz rezisztencia része. Az akklimatizáció növeli a rezisztenciát a korábban már jelentkezett növényi stresszhatásokkal szemben.
Előadás ellenőrző kérdései Fogalmazza meg a növényi stressz, stressz tolerancia és akklimatizáció fogalmát! A fotoszintézishez fényre van szükség, akkor miért káros, ha a növény túlságosan sok fénynek van kitéve? Mi az ozmotikus stressz? Fejtse ki, a növények hogyan tudják kompatibilis oldataikkal elérni az ozmotikus kiigazítást! Miért rendelkeznek a hidegtűrő őszi vetésű gabonafélék nagyobb toleranciával a fénygátlással szemben? Mik a hősokk fehérjék?
KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET Előadás anyagát készítették: Prof. Ördög Vince Dr. Molnár Zoltán