Növényélettan Phytophysiologia

1. NövényélettanPhytophysiologia

2. 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

3. A növények vízgazdálkodása • 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

4. vízleadás vízszállítás vízfelvétel 2. A vízgazdálkodás alapfogalmai • 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 A növények vízforgalma

5. 3. A növények víztartalma és vízszükséglete • 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 csak 1-2%-ot építenek be a szervezetükbe.

6. 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

7. Az ozmózis jelensége • 5. A vízpotenciál fogalma • 25 ºC-os, 100 kPa nyomású tiszta víz vízpotenciálja nulla • ψ („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

8. 6. A növények vízfelvétele • 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.

9. alacsony vízpotenciál légtér ψ levél ψ gyökér ψ talaj ψ magas vízpotenciál A vízpotenciál-gradiens alakulása a talaj és a légtér között

10. 7. A talaj vízkészlete • 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.

11. A vízbe helyezett leveles ágrész a kívül lévő ágrészt vízzel látja el. (Hales 1747) • 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 ψt −ψgy ∑r

12. gyökér-nyomás? 8. A vízfelvételt befolyásoló tényezők • 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.

13. 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.

14. vízszállítás? 9. A vízszállítás folyamata • A szállítás irányát a vízpotenciál-gradiens határozza meg, mozgatója a párologtatás és a gyökérnyomás. • A vízszállítás történhet: • sejtről – sejtre = rövid távú szállítás • a xylém elemein keresztül = hosszú távú szállítás. • A rövid távú szállítás diffúzióval megy végbe, történhet: • szimplazmás úton: citoplazmáról citoplazmára • apoplazmás úton: a sejtfalak mikrokapillárisaiban.

15. 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

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

17. A talajból felvett víz útja a gyökér szöveteiben

18. 10. A vízleadás • 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

19. 15. ábra: A sztómanyitódás menete keményítő → foszfoenol-piroszőlősav (PEP) → oxálecetsav (oxálacetát) → almasav (malát) → dikálium-malát → vízbeáramlás

20. xylém mezofillum légtér ψ = -10 -100 MPa sztóma levél ψ = -1,0 MPa vízmolekula levél légtér adhézió sejtfal vízpotenciál grádiens törzs ψ = -0,8 MPa kohézió xylém vízmolekula gyökérszőr gyökér ψ = -0,6 MPa talajrészecske víz talaj ψ = -0,3 MPa gyökér gyökér

21. 11. A transzspirációt befolyásoló tényezők • 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

22. 12. A vízhiány kialakulása • 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 %

23. 13. A vízfelesleg hatása a növényekre • 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