növényélettan phytophysiologia
DESCRIPTION
Növényélettan Phytophysiologia. 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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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