NövényélettanPhytophysiologia

A növényélettan tárgya és jelentősége

•Tárgya: •Az egyes életfolyamatok vizsgálata (fotoszintézis, vízgazdálkodás, növekedés, fejlődés, szaporodás,mozgás, légzés, ingerlékenység, változékonyság, átörökítés)•Az életfolyamatok közötti összefüggések vizsgálata•A növény és a környezet kapcsolatának vizsgálata

•Részterületei:•Anyag- és energiacsere élettana•Fejlődési folyamatok élettana•Ingerélettan

•Társtudományai:•biofizika, biokémia, genetika, ökológia

1. A víz biológiai és fiziológiai jelentősége

• A citoplazma szerkezetképző eleme• Az anyagcsere folyamatainak közege• Tápanyag: a fotoszintézis kiindulási anyaga• Oldószer: az ásványi anyagok csak oldott állapotban vehetők fel.• Anyagmozgató és szállító• Biztosítja a sejtek, szervek alaktartását• Részt vesz az oxidációs és redukciós folyamatokban• Hőszabályozást biztosít• Szaporodási folyamatokban vehet részt

A növények vízgazdálkodása

• Vízforgalom: vízfelvétel + vízszállítás + vízleadás• Vízmegtartó képesség: képesség a víz megőrzésére

vízellátási zavarok esetén• Vízháztartás: a vízfelvétel, vízvisszatartás,

vízfelhasználás és a vízleadás kapcsolata

• Vízgazdálkodás: a vízforgalom aktív szabályozása• Vízmérleg: egy adott időpontban a

vízfelvétel és vízleadás aránya

2. A vízgazdálkodás alapfogalmai

vízleadás

vízszállítás

vízfelvétel

A növények vízforgalma

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 vízellátású növények: 80%• szárazságtűrő növények: 50-60%

• törzs: átlagosan 51%

A növények a felvett víz 98-99%-át elpárologtatják és csak1-2%-ot építenek be a szervezetükbe.

3. A növények víztartalma és vízszükséglete

4. Szöveti feszültség: a szomszédos sejtek nyomásának összegzése. Szerepe: alaktartás, mechanikai szilárdság.

Szöveti feszültség: 1. gyermekláncfű tőkocsánya hosszában széthasítva, 2. ugyanaz vízbe helyezés után, 3. napraforgószár bélrésze a kéregrészből

kitolódik, ha erősen megnedvesítjük, 4. fiatal faágról lehántott kéreg összezsugorodik, és az ágra visszahelyezve azt nem borítja be teljesen

Az ozmózis jelensége5. A vízpotenciál fogalma25 ºC-os, 100 kPa nyomású tiszta víz vízpotenciálja nullaψ („pszi”): vízpotenciál

Vízpotenciált befolyásoló tényezők:

P: fali potenciál / nyomáspotenciál: hidrosztatikai nyomás: növeli a vízpotenciált, vízfelvételt gátol

π („pi”): ozmotikus potenciál: oldott anyagok, ionok által meghatározott: csökkenti a vízpotenciált, vízfelvételt serkent

• 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.

6. A növények vízfelvétele

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 felvehető víz.

Kapilláris víz: a talaj kapillárisaiban található, a növények számára felvehető víz.

Gravitációs víz: a nehézségi erő hatására gyorsan a talaj alsóbb rétegeibe vándorló víz, egy része a növények számára sok csapadék esetén felvehető.

7. A talaj vízkészlete

•Az időegység alatt felvehető víz (V) mennyisége függ:•a gyökérszőrök vízfelvevő felületétől (F)

•a talaj vízpotenciáljától (ψt)

•a gyökérszőrök vízpotenciáljától (ψgy)

•a vízfelvétellel szembeni ellenállások összegétől (∑r)

V = F

A vízbe helyezett leveles ágrész a kívül lévő 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 egyedfejlődési állapota: meghatározza az

anyagcsere intenzitását, ez kihat a párologtatás mértékére.• A föld feletti szervek szervesanyag-termelése: nagyobb

fotoszintetizáló felület elősegíti a gyökerek növekedését.• Gyökérnyomás: a gyökerek aktívan ásványi anyagokat

vehetnek fel, ezáltal csökken a vízpotenciáljuk.

8. A vízfelvételt befolyásoló tényezők

gyökér-nyomás?

•A talaj tulajdonságai:

• fizikai tulajdonságok: tömött, cserepes talajokban a vízfelvétel akadályozott.

• hőmérséklet: alacsony hőmérsékleten a víz migrációja lassul, magas hőmérsékleten 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.

A szállítás irányát a vízpotenciál-gradiens határozza meg, mozgatója a párologtatás és a gyökérnyomás.

A vízszállítás történhet:sejtről – 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.

9. A vízszállítás folyamata

vízszállítás?

A vízszállítás folyamata: gyökérszőrök által felvett víz → kéregparenchima

(apoplazmás út) → endodermisz (szimplazmás út) → áteresztő 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 vezetőképessége • (fenyők: 1-1,5m / óra, lombos fák: 20-30m / óra)• a lombozat terjedelme.

tracheida és trachea

A talajból felvett víz útja a gyökér szöveteiben, szpl: szimplazma, szh: szabad hely (apoplazmatikus tér),

v: vakuolum.

A talajból felvett víz útja a gyökér szöveteiben

•A növények párologtatása (transzspiráció)• Jelentősége:

− vízfelvétel csak vízleadással valósítható meg− vízfelvételt és vízszállítást serkent− hőszabályozó

•A transzspiráció módjai:− sztómákon keresztül: zárósejtek működése által szabályozott,− kutikuláris vagy perisztómás: 3-35%− peridermális: csekély mértékű

•A sztómák működése:− megközelítheti a levélfelülettel azonos vízfelület párolgását

− a nyitódás és záródás oka: a zárósejtekben bekövetkező turgorváltozás.

− folyamata: a zárósejtekbe víz áramlik → a hidrosztatikus nyomás nő → a sejtfalak kitágulnak → a sejttérfogat nő

→ sztómanyitódás

10. A vízleadás

15. ábra: A sztómanyitódás menetekeményítő → foszfoenol-piroszőlősav (PEP) → oxálecetsav

(oxálacetát) → almasav (malát) → dikálium-malát → vízbeáramlás

gyökér

légtér ψ = -10 -100 MPa

törzs ψ = -0,8 MPa

gyökér ψ = -0,6 MPa

vízp

oten

ciál

grá

dien

s

gyökér

vízmolekulagyökérszőr

talajrészecske

víz

adhéziósejtfal

kohézió

talaj ψ = -0,3 MPa

levél ψ = -1,0 MPa

xylém

levél légtér

vízmolekulasztóma

mezofillumxylém

• A növény anatómiai, morfológiai, fiziológiai jellemzői:

− az anyagcserefolyamatok intenzitása− a sztómamozgásokat befolyásoló

mechanizmusok működése (faji jelleg)− a sztómák száma (átl. 100-300/1 mm2),− mérete, helyzete− az epidermisz jellege− a levélfelület nagysága, helyzete

• Külső, környezeti tényezők:

− vízellátási viszonyok− hőmérséklet, páratartalom− légmozgás− fényviszonyok, széndioxid koncentráció− állományviszonyok

11. A transzspirációt befolyásoló tényezők

Vízhiány: a növény vízleadása meghaladja a vízfelvételt. Okai:− száraz, meleg időben a transzspiráció intenzív, ehhez képest

a vízfelvétel sebessége kicsi.− a talajban nincs elég felvehető víz,

így a vízleadást a növény nem tudja pótolni.

A vízhiány hatása: − csökken a sejtek turgora, a hajtások lankadni kezdenek: a

plazma még nem károsodik, vízfelvétellel az eredeti állapot helyreáll.

− tovább nő a vízhiány: a növény hervadni kezd: megváltozik az enzimek aktivitása, a plazmalemma permeabilitása nő, a plazmakolloidok diszperzitása csökken; ez már maradandó károsodás. Nedvességkedvelő növények: 2-3 %, szárazságtűrők: 25-30 %

12. A vízhiány kialakulása

Vízfelesleg / túlzott vízellátás: a talaj pórustérfogatának több mint 60-70%-át víz tölti ki.

− oxigénhiány, gátolt szellőzés,− a növények többségére káros hatású. − morfológiai adaptáció: lég-, légzőgyökerek keletkezése.

A vízfelesleg káros hatásai:− tápanyag-elégtelenséget okoz, elsősorban a nitrogénét− a glikolízis túlzott intenzitása miatt etanol, piroszőlősav vagy

tejsav keletkezik, ezek nagyobb mennyiségben sejtmérgek− egyes hormonok (citokininek, gibberellinek) szintézise és

szállítása csökken− a nagymértékű abszcizinsav termelés hatására a sztómák

záródnak− oxigénhiány miatt a gyökér légzése leáll

13. A vízfelesleg hatása a növényekre