NÖVÉNYÉLETTAN

Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0010

Növényi stresszélettan

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

Előadás áttekintése

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.

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 252.

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. (2002): Plant Physiology. p. 182.

A fotoszintézis fény-válasz görbéi különböző mértékű fénygátlásoknál

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

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 762.

A növények hőtűrése

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 763.

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

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

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 761.

Különböző növényfajok alacsony sótartalmú kontroll talajhoz viszonyított növekedése a talaj sótartalmának függvényében

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 774.

Az elsődleges és másodlagos membrántranszport folyamatok szerepe szélsőséges környezeti feltételek mellett

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

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 766.

Környezeti tényezők hatása a levelek alakjára:külső (balra) és belső (jobbra) levél egy fafaj lombjában

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 768.

Szójalevelek mozgása: válaszreakció az ozmotikus stresszre

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 770.

Az ozmotikus kiigazítás a növényi sejtek képessége, amivel oldatokat halmoznak fel, csökkentve ezzel a vízpotenciált vízhiány esetén

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

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 773.

A fém-kelát fitokelatin molekuláris szerkezete

Az uborka (Cucumis sativus) parenchima sejtek hőmérséklete a termésben fagyasztás során

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. Webmaterial, http://5e.plantphys.net

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 775.

Fagytűrő és fagyra érzékeny fajok mitokondriumainak zsírsav összetétele

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

Forrás: Taiz L., Zeiger E. (2010): Plant Physiology. p. 778.

A vízhiány hatása a napraforgó (Helianthus annuus) fotoszintézisére és transzlokációjára

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 összefoglalása

• 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?

Előadás ellenőrző kérdései

KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET

• Előadás anyagát készítették:Prof. Ördög VinceDr. Molnár Zoltán