növényélettan phytophysiologia1 növényélettan phytophysiologia a növényélettan tárgya és...
TRANSCRIPT
1
NövényélettanPhytophysiologia
A növényélettan tárgya és jelentısége
•Tárgya:•Az egyes életfolyamatok vizsgálata (fotoszintézis, vízgazdálkodás, növekedés, fejlıdés, szaporodás,mozgás, légzés, ingerlékenység, változékonyság, átörökítés)•Az életfolyamatok közötti összefüggések vizsgálata•A növény és a környezet kapcsolatának vizsgálata
•Részterületei:•Anyag- és energiacsere élettana•Fejlıdési folyamatok élettana•Ingerélettan
•Társtudományai:•biofizika, biokémia, genetika, ökológia
1. Létfeltételek: az élılények életében nélkülözhetetlen környezeti tényezık. Típusai:
•Általános / generális: hımérséklet, víz, tápanyagok•Különleges / speciális: oxigén, fény
1. ábra: Az életfolyamatok intenzitását és a hımérséklet közötti összefüggést bemutató optimumgörbe
A környezet és a létfeltételek hatása a növények életfolyamataira • A kardinális pontok függnek a növényfajtól, a fejlıdési állapottól és a szervek korától.
• Az optimumgörbe lefutását a serkentı és gátló folyamatok eredıje adja.
• Alkalmazása pl.: növényhonosítás esetén.• Életképesség: kedvezıtlen körülmények átvészelése
maradandó károsodás nélkül.• A növényi élet lehet aktív, látens (lappangó) vagy
anabiotikus (szunnyadó).
2. Kedvezıtlen környezeti tényezık hatása: stresszhatások
• Pesszimum: a növekedés és fejlıdés külsı tényezık által korlátozott idıszaka.
• Stressztényezık: kedvezıtlen hatást kiváltó tényezık, a környezeti tényezık korlátozott vagy túlzott jelenléte.
• Stresszhatás: a stressztényezık által kiváltott válaszok összessége.
• A növényfaj / fajta lehet toleráns (ellenálló) vagy szenzibilis (fogékony, érzékeny).
Sejtélettan
1. Az ozmózis
3. ábra: Az ozmózis jelensége
2. ábra: A diffúzió
2
4. ábra: Az ozmózis jelensége
2. A vízpotenciál fogalma- 25 ºC-os, 100 kPa nyomású tiszta víz vízpotenciálja nulla
ψ = P –π – τψ: vízpotenciálP: fali potenciál / nyomáspotenciál: hidrosztatikai nyomásπ: ozmotikus potenciál: oldott anyagok, ionok által meghatározottτ: mátrix potenciál: kolloidok, kapillárisok által megkötött
hidratációs víz
Sejtfal (1.): vízpotenciálját alapvetıen a mátrixpotenciál határozza meg.
Citoplazma (2.): víztartalmának 5-10%-a hidratációs víz, ez nélkülözhetetlen, csökkenése a sejt halálához vezet. A víz jelentısebb része a citoplazma tereit tölti ki, diffúzióját az oldott vegyületek által meghatározott ozmotikus potenciál szabályozza.
Sejtorganellumok (3.): a legmozgékonyabb vizet tartalmazzák.
Kloroplasztisz (4.): a leggyorsabban telítıdik,a dehidratációnak rendkívül ellenáll.
Sejtnedv (5.): vízpotenciálja a benne oldott anyagok függvénye. A citoplazma és a sejtnedv vízpotenciálja többé-kevésbé egyensúlyban van.
3. A növényi sejt vízviszonyai
1.
2.
3.
4.
5.
• Ha a sejt vízzel telített, a fali nyomás és az ozmotikus potenciál kiegyenlíti egymást a sejt vízpotenciálja nulla lesz.
ψ = P –π P = π ψ = 0
• Ha a sejt víztartalma csökken, a nyomáspotenciál fokozatosan megszőnik, végül nulla lesz a vízpotenciál az ozmotikus potenciállal egyenlı.
ψ = P –π P = 0 ψ = π
• Ez az állapot még nem okoz tartós károsodást, ha a környezet vízpotenciálja megnı, a sejt vizet vesz fel.
Ψ sejt < Ψ környezet
4. A sejt vízviszonyainak változása
5. ábra: A sejt vízpotenciáljának eredete, a vízvesztés során lejátszódó változások
6. ábra: A vízpotenciál relatív értékei
5. Szöveti feszültség: a szomszédos sejtek nyomásának összegzése. Szerepe: alaktartás, mechanikai szilárdság.
7. ábra: Szöveti feszültség: 1. gyermekláncfő tıkocsánya hosszában széthasítva, 2. ugyanaz vízbe helyezés után, 3. napraforgószár bélrésze a
kéregrészbıl kitolódik, ha erısen megnedvesítjük, 4. fiatal faágról lehántott kéreg összezsugorodik, és az ágra visszahelyezve azt nem borítja be teljesen
3
6. Ozmoreguláció: a szervezet számára optimális vízpotenciál fenntartása.
Típusai:• anatonózis: a vízpotenciál süllyesztése az ozmotikus
potenciál csökkentése által (felvett sók, szerves anyagok, ill. poliszacharidok elbontása segítségével)
• katatonózis: a vízpotenciál növelése az ozmotikus potenciál növelése által (sók, szerves anyagok leadása, ill. monoszacharidok polimerizációja segítségével).
1. A víz biológiai és fiziológiai jelentısége
• A citoplazma szerkezetképzı eleme• Az anyagcsere folyamatainak közege• Tápanyag: a fotoszintézis kiindulási anyaga• Oldószer: az ásványi anyagok csak oldott állapotban vehetık fel.• Anyagmozgató és szállító• Biztosítja a sejtek, szervek alaktartását• Részt vesz az oxidációs és redukciós folyamatokban• Hıszabályozást biztosít• Szaporodási folyamatokban vehet részt
A növények vízgazdálkodása
• Vízforgalom: vízfelvétel + vízszállítás + vízleadás
• Vízmegtartó képesség:képesség a víz megırzésére vízellátási zavarok esetén
• Vízháztartás:a vízfelvétel, vízvisszatartás, vízfelhasználás és a vízleadás kapcsolata
• Vízgazdálkodás:a vízforgalom aktív szabályozása
• Vízmérleg: egy adott idıpontban a vízfelvétel és vízleadás aránya
2. A vízgazdálkodás alapfogalmai
vízleadás
vízszállítás
vízfelvétel
8. ábra: A növények vízforgalma
•Poikilohidratúrás növények: − víztartalmuk és vízforgalmuk erısen függ a környezet vízviszonyaitól− vízmegtartó képességük gyenge− a kiszáradást jól tőrik− pl.: egysejtőek, sejttársulások, telepesek.
•Homoiohidratúrás növények: − vízgazdálkodásuk révén a környezet víztartalmának nagyobb ingadozásait is képesek hosszabb ideig elviselni.− a kiszáradást nem tőrik,− pl.: hajtásos növények.
3. A növények csoportosítása vízgazdálkodási típusuk szerint
Víztartalom a növényi sejtben:• Citoplazma: átlagosan 55-89%• Sejtorganellumok: kb. 50%• Sejtfal: kb. 50%
Víztartalom a növényi szervekben:• magvak: 10-14%• húsos termések: 80-95%• levelek:
• vízi növények: 90%• közepes vízellátottságú növények: 80%• szárazságtőrı növények: 50-60%
• törzs: átlagosan 51%
A növények a felvett víz 98-99%-át elpárologtatják és csak1-2%-ot építenek be a szervezetükbe.
4. A növények víztartalma és vízszükséglete
• A talaj – növény – légtér rendszerben állandó vízpotenciál különbség van. Ez szabályozza a vízfelvétel, vízszállítás és vízleadás folyamatait.
• A legnagyobb vízpotenciál különbség a hajtás és a légtér között van → a hajtás vizet ad le a légtérbe→ a hajtás vízpotenciálja süllyed → a növényi testben vízpotenciál-gradiens alakul ki → a gyökér vizet vesz fel.
• A gyökerek vízfelvételre akkor képesek, ha vízpotenciáljuk a talajénál negatívabb.
5. A növények vízfelvétele
4
9. ábra: A vízpotenciál-gradiens alakulása a talaj és a légtér között
alacsony vízpotenciál
légtér ψ
levél ψ
gyökér ψ
talaj ψ
magas vízpotenciál
• Higroszkópos víz: a talajrészecskék felszínéhez kötött, a növények számára nem felvehetı víz.
• Kapilláris víz : a talaj kapillárisaiban található, a növények számára felvehetı víz.
• Gravitációs víz: a nehézségi erıhatására gyorsan a talaj alsóbb rétegeibe vándorló víz, egy része a növények számára sok csapadék esetén felvehetı.
6. A talaj vízkészlete
10. ábra: a talaj víztartalma, homok- és agyagtalaj vízpotenciál görbéje, a különbözı vízfrakciók, s a növények által felvehetı vízkészlet
•Az idıegység alatt felvehetı víz (V) mennyisége függ:•a gyökérszırök vízfelvevı felületétıl (F)
•a talaj vízpotenciáljától (ψt)
•a gyökérszırök vízpotenciáljától (ψgy)•a vízfelvétellel szembeni ellenállások összegétıl (∑r)
V = F
11. ábra: A vízbe helyezett leveles ágrész a kívül lévı ágrészt vízzel látja el. (Hales 1747)
ψt −ψgy
∑r
• A gyökérrendszer jellege:• extenzív: nagy területet hálóz be, de térfogat-
egységenként a gyökerek száma csekély.• intenzív: kis területet hálóz be, de térfogat-
egységenként a gyökerek száma nagy.
• A növény egyedfejlıdési állapota: meghatározza az anyagcsere intenzitását, ez kihat a párologtatás mértékére.
• A föld feletti szervek szervesanyag-termelése: nagyobb fotoszintetizáló felület elısegíti a gyökerek növekedését.
• Gyökérnyomás: a gyökerek aktívan ásványi anyagokat vehetnek fel, ezáltal csökken a vízpotenciáljuk.
7. A vízfelvételt befolyásoló tényezık
gyökér-nyomás?
•A talaj tulajdonságai:
• fizikai tulajdonságok: tömött, cserepes talajokban a vízfelvétel akadályozott.
• hımérséklet: alacsony hımérsékleten a víz migrációja lassul, magas hımérsékleten a gyökerek kiszáradhatnak, elhalhatnak.
• oxigénhiány és széndioxid felszaporodás: gátolja a vízfelvételt.
• ásványianyag-tartalom: a kálium és a foszfor javítja, a nitrogén labilissá teszi a vízfelvételt.
5
A szállítás irányát a vízpotenciál-gradiens határozza meg, mozgatója a párologtatás és a gyökérnyomás.
A vízszállítás történhet:sejtrıl – sejtre = rövid távú szállítása xylém elemein keresztül = hosszú távú szállítás.
A rövid távú szállítás diffúzióval megy végbe, történhet:szimplazmás úton: citoplazmáról citoplazmáraapoplazmás úton: a sejtfalak mikrokapillárisaiban.
8. A vízszállítás folyamata
párologtatás?
A vízszállítás folyamata:gyökérszırök által felvett víz → kéregparenchima
(apoplazmás út) → endodermisz (szimplazmás út) →áteresztı sejtek → központi henger: hosszú távú szállítás a tracheákban (kondukció) → levélerek → mezofillum(apoplazmás út) → szivacsos parenchima sejtközötti járatai → sztómák→ légtér
A vízszállítás sebességét befolyásolja:• a vízszállító rendszer összfelülete• a szállítóedények vezetıképessége • (fenyık: 1-1,5m / óra,
lombos fák: 20-30m / óra)• a lombozat terjedelme.
tracheida és trachea
12. ábra: A talajból felvett víz útja a gyökér szöveteiben, szpl: szimplazma, szh: szabad hely (apoplazmatikus tér),
v: vakuolum.
13. ábra: A talajból felvett víz útja a gyökér szöveteiben
•A növények párologtatása (transzspiráció)• Jelentısége:
− vízfelvétel csak vízleadással valósítható meg− vízfelvételt és vízszállítást serkent− hıszabályozó
•A transzspiráció módjai:− sztómákon keresztül: zárósejtek mőködése által
szabályozott,− kutikuláris vagy perisztómás: 3-35%− peridermális: csekély mértékő
•A sztómák mőködése:− a nyitódás és záródás oka: a zárósejtekben bekövetkezı
turgorváltozás.− folyamata: a zárósejtek hidrosztatikus nyomása nı →
a sejtfalak kitágulnak → a sejttérfogat nı →sztómanyitódás
9. A vízleadás
15. ábra: A sztómanyitódás menetekeményítı → foszfoenol-piroszılısav (PEP) → oxálecetsav
(oxálacetát) → almasav (malát) → dikálium-malát→ vízbeáramlás
6
gyökér
légtér ψ = -10 -100 MPa
törzs ψ = -0,8 MPa
gyökér ψ = -0,6 MPa
vízp
ote
nciá
l grá
die
ns
gyökér
vízmolekulagyökérszır
talajrészecske
víz
adhéziósejtfal
kohézió
talaj ψ = -0,3 MPa
levél ψ = -1,0 MPa
xylém
levél légtér
vízmolekulasztóma
mezofillumxylém