A hőmérsékleti stresszek Stresszfiziológia A hőmérsékleti stresszek
A hőmérsékleti stresszek hőség nagy hideg - befolyásolják az anyagcserét - növekedést - a növény életképességét Fajspecifikus, kinetikus hőmérsékleti sáv - alsó határ hidegstressz - felső határ hőstressz
Hidegstressz Hidegérzékenység függ: - genetikai tényezőktől - fejlettségi állapottól - anyagcsere aktivitási szintjétől Hidegstresszre érzékenyek: - 0 és 15-20 C között elpusztulnak vagy súlyosan károsodnak - 0 C alatt nem maradnak életben hidegrezisztens: 0C közelében is növekednek
hideg okozta károsodás tünete: - membránok fázisátmenete (membránok lipid kettős rétege folyadékkristályos állapotból gél állapotba megy át) pusztulás
Növények típusai a hidegellenállóság mértéke szerint: 1. Hidegérzékeny növények: (fagyáspont felett károsodnak) pl. meleg tengerekben élő algák, ill. trópusi hajtásos növények többsége 2. Fagyérzékeny növények: ( fagyáskésleltető mechanizmussal képesek magukat a fagyástól megvédeni) pl. számos édesvízi alga, a mérsékelt égövi növények része
3. Fagytűrő növények: (évszakosan vagy állandóan képesek az esetleges extracelluláris jégképződést túlélni) pl. egyes zuzmók, a mohák néhány csoportja, a hideg klímazóna szárazföldi fajai, a fás szárú növények, magashegységek lágy szárú növényei stb.
Fagystressz Fagy célpontja membránok (sejten belüli képződés, jégkristályok kialakulása) A növények a faggyal szembeni érzékenysége: - 0 C alatt elpusztulnak (szenzitív növények) - - 30 C –ot kibírnak ( egyes gabonafélék szemtermései) - - 196 C ( számos fás szárú növény)
Károsodás mértéke függ: - lehűlés és olvadás sebességétől - akklimatizáltságuk mértékétől - talaj és a növény vízviszonyától - tápanyag ellátottságától
Tartósan hideg területeken élő növények védekezése a fagy ellen: - kikerüléssel (lágyszárú növények) egyik mechanizmusa a túlhűlés ritkább mikor a növény anyagcseréje hőt termel és ez akadályozza meg a fagyást - fagyeltűréssel (fás szárú növények, örökzöldek) mechanizmusa: jégképződés
Hőstressz A magas hőmérséklet befolyásolja: - membránok állapotát - proteinek konformációját hőstressz jelei: 1. fotoszintetikus funkciók zavara PS II gátlódik 2. szén-dioxid-fixáció gátlása
- annak leárnyékolásával - a hő csökkenésével növények a hőhatást kivédik: - annak leárnyékolásával - a hő csökkenésével - a protoplazma hőálló képességének fokozásával leveleik túlmelegedését elkerülik: - napsugárzás elöli kitérés - hőszigetelő kéreg kialakításával pl. pálmák - transzspirációs hűtés ( ha elég víz áll a növény rendelkezésére) pl. félsivatagi, sztyeppi növények
Hőrezisztencia – típusok: hőérzékeny fajok: - 30 - 40 , de max. 45 C –nál károsodnak pl. eukarióta algák, szubmerz hajtásos növények, zuzmók aktív állapotukban hőtűrő eukarióták: - 50 - 60 C-os kezelést is elviselik pl. száraz, napos termőhelyeken élő növények hőtűrő prokarióták: - 75-90ºC-ot is eltűrik pl. termofil fajok, mint egyes baktériumok vagy cianobaktériumok
Hősokkproteinek (HSP) Feladata: magas hőmérséklettel szembeni védelem molekulatömegük alpján: HSP110, HSP90, HSP70, HSP60 HSP-családok izoformái: 1. citoplazmatikus HSP-k 2. endoplazmatikus retikulumban és a Golgi- apparátusban levő HSP-k 3. klproplasztiszok és a mitokondriumok HSP-jei
Szárazságstressz Okai: - nem áll rendelkezésére elegendő, megfelelő termodinamikai állapotban levő víz - száraz a talaj - erős a párolgás - talaj magas sótartalma miatt erőteljes a talaj ozmotikus vízkötése pl. gyökérrendszer kiterjedését és ezáltal vízfelvételét akadályozza valamely tényező
Szárazságstressz hatása az egyes életfolyamatokra A vízhiány hatása a növekedésre Sejtméret csökkenése függ: - hogy a vízhiány mikor lép fel Ha növekedési ciklus kezdetén: levélfelület kisebb lesz Turgor csökkenés: - virágzáskor következik be: a virágok száma csökken - termésérés alatt: a szemek telődése lesz mérsékelt vagy termések leválása gyorsul fel - növekedési ciklus kezdetén: levélfelület kisebb lesz
A sejt ultrastruktúrájának megváltozásai: Vízhiány a membránok szerkezetére és működésére gyakorolt gátló hatása a sejt ultrastruktúrájában is tükröződik.
Fotoszintézisre gyakorolt hatások:. - intercelluláris járatok szén- Fotoszintézisre gyakorolt hatások: - intercelluláris járatok szén- -dioxidkoncentrációjának csökkenését okozza - fénygátlás következhet be - klorofillok degenerációja fokozódik
A légzés és a szénhidrát- anyagcsere megváltozásai: A légzés és a szénhidrát- anyagcsere megváltozásai: - keményítő mobilizálódása - szénhidrát transzlokációja is csökken - levelek helyett a gyökerek növekednek fokozottabban (számos fajnál)
Vízhiány hatása a nitrogén- anyagcserére: - a nitrogén gyökerekről a levelekre szállítása lassul - vízhiányos gyökerekben több nitrát és ammónia képződik
A vízhiányt kompenzáló mechanizmusok 1. A szárazság elkerülése 2. Csökkent vízellátottság eltűrése Korlátozó viszonyok elkerülése gyors magérlelés, gyors csírázás, jó víztároló képességgel rendelkező szervekkel való túlélés
Kiszáradástoleráns fajok szöveteinek kritériumai: A vízhiány eltűrése - alacsony vízpotenciálon tartja szervezetét ozmozikus potenciál szabályozása - kiszáradástűrés (Sphagnum-ok, a zuzmók, algák) Kiszáradástoleráns fajok szöveteinek kritériumai: - a sejtanyagcserét a magas anyagkoncentráció ne befolyásolja - szomszédos sejtek közt alig legyen plazmodezmás összeköttetés - sejtfalnak szerkezetkárosodás nélkül kell elviselnie az extenzív dehidrálódást
Génexpresszió a szárazságstressz- válaszban ABA – függő szignáltranszdukciós láncok: protein- bioszintézis szükséges ABA - független szignáltranszdukciós láncok: az ún. ABRE protein- bioszintézist nem igényel működését a szárazság és a sóstressz indítja, de a hideg nem
gén termékei: 1. stressztoleranciában résztvevő proteinek pl. cukrok, prolin, glicin- betain, bioszintézisben szereplő enzimek… 2. szignáltranszdukcióban és génexpresszióban működnek közre pl. proteinkinázok, transzkripciós faktorok… szerepük: megakadályozzák a gomba - vagy patogénfertőzést és elősegítik a kutikula kialakulását