Biotikus-, oxidatív és egyéb stresszek és a stresszorok együttes hatásai Batári Orsolya III. Biológia-környezetvédelem

1, Biotikus stresszek: A növényeknek a károsító organizmusok hatásaival szembeni ellenálló képessége is létfontosságú túlélésük szempontjából. Az ilyen hatások, amelyek a rovarok, csigák vagy magasabbrendűek által okozott rágástól a mikroorganizmusok okozta fertőzésekig terjednek, a növény számára stresszt jelentenek, stresszreakciókat váltanak ki.

A mikroorganizmusok és a növények viszonya: Nem gazda kapcsolat: Faj szintjén definiált. Gazda kapcsolat: Alfaj szintjén definiált. -kompatíbilis -inkompatíbilisek

Biotikus stresszek: Konstitutív védekezés Indukált védekezés Felismerés és specifitás

A, Konstitutív védekezés: E néven foglaljuk össze azokat a preformált akadályokat, melyek egy növényben már a fertőzés előtt léteznek. Ilyenek a strukturális barrierek, melyek a kórokozók továbbjutását gátolják.

Strukturális barrierek (akadályok) A sejtfalak koruktól és a sejttípustól függően lignint tartalmaznak, ami fenilpropán egységek hálózatát jelenti és ezért hatékony akadályként funkcionál, mivel ez a polimer nehezen bontható.(számos gomba azonban celluláz-, pektináz- és hemicelluláz-enzimeinek sejtfalbontó képességét felhasználva át tudnak hatolni rajta.) A növények leveleit sokszor vastag víztaszító kutikula fedi, ez is gátolja a kórokozók bejutását.(bár egyes kutinázt termelő kórokozók ezt is el tudják bontani.)

Nem strukturális akadályok: Egyes anyagok vagy a kórokozó által termelt hidrolitikus enzimet inaktiválják vagy antibiotikus hatásúak. Ezeket az anyagokat anticipineknek nevezzük. Előfordulnak köztük: -cianogén glikozidok -terpenoidok -fenolos vegyületek(egyszerű fenolok, kumarinok, flavonoidok, komplex fenol-polimerek:tannin és lignin.) -hidroxámsavak -antimikrobiális magproteinek(tionin, zeamatin, defenzin)

B, Indukált védekezés: A kórokozók a növényekben képesek aktiválni olyan strukturális és biokémiai barriereket is, amelyek a kórokozót magát a behatolás helyén blokkolják vagy elpusztítják.Az indukált szöveti struktúrák kialakulását jelenti a: -ligninképződés -papillák képződése -hidroxiprolinban gazdag sejtfal glikoproteinek megjelenése.

A sejtfal kórokozó behatolását akadályozó funkciójának több magyarázata: 1)A lignin a sejtfal mechanikus erősítése révén akadályozza a behatolást. 2)A lignin víztaszító hatása következtében a patogén által termelt enzimek vagy toxinok továbbhaladása gátlódik. 3)A polimerizálatlan lignin előanyagok, mint pl.: a koniferilalkohol mérgező hatású a gombákra, tehát a behatoló gombát ez az anyag gátolná, még mielőtt a mechanikai akadály kialakult volna. 4)Az a lehetőség is fennáll, hogy a behatoló gomba sejtfala is szubsztrátjává válik a lignifikálódásnak, és így a gombahifa maga is lignifikálódik.

Hiperszenzitív reakció: Az indukált védekezési mechanizmusok között a legfontosabb. A lényege az, hogy a fertőzés helyén a sejtek gyorsan elpusztulnak, ami a behatoló kórokozó továbbterjedését megállítja. A kezdeti változások egyike az ionpumpák aktiválódása, amit a fokozott H-influx és K-efflux jelez. Jellemző továbbá a szuperoxid anion gyökök megjelenése, mely gyökök a sejtekre nézve igen toxikusak.

Indukált barrierek: Fitoalexinek: több száz antimikrobiális hatású anyagot sorolunk ide, melyek többsége terpenoidok, poliacetilének, fenolos vegyületek közül kerül ki. Ezeknek az anyagoknak a szintézise legtöbbször közvetlenül a kórokozó behatolási helyén, vagy a legerőteljesebb terjedése helyén történik. Pontos mechanizmusuk még nem ismert. Indukált proteinek: PR protein néven ismertek. Funkciója még nem ismert. Szerepe van a növényi rezisztenciában, de ezt még kutatják.

C, Felismerés és specifitás: Általános felismerés: a patogén felismerése a növény által az anyagokon alapul, melyek a patogén-növény kölcsönhatásban felszabadulnak. Ezeket az anyagokat elicitoroknak nevezzük, melyek a rezisztenciamechanizmusok induktorai. Kétféle elicitort különböztetünk meg: -patogénrassz-aspecifikus -specifikus.

C, Felismerés és specifitás: Specifikus felismerés: A nemgazda rezisztenciával szemben egy valódi gazda-patogén kölcsönhatás felismerésének specifitása igen nagy lehet. Számos gazda- parazita kölcsönhatásban a specifitás a növény rezisztenciagénje és a kórokozó avirulencigénje közötti kapcsolaton alapul. Rezisztens kölcsönhatás csak akkor következik be, ha a növényben egy domináns rezisztenciagén a patogénben meglévő megfelelő avirulenciagénnel együtt hat. Betegség akkor lép fel, ha a kórokozó a rezisztenciagént meg tudja kerülni, amennyiben a megfelelő avirulenciagénnel nem rendelkezik.

2, Oxidatív stresszek: Csaknem valamennyi stresszor a növényben végső soron a sejten belüli redoxállapotot változtatja meg, illetve az anyagcserét oxidatív irányba tolja el. Ezért a különböző stresszeket kísérően a növények oxidítív stresszt is elszenvednek. Ugyanakkor a növényt a környezetéből közvetlenül is érheti oxidatív stresszt okozó hatás.

2, Oxidatív stresszek: Az oxigén a légkörben nem reaktív formában(O2) fordul elő, ami fizikai vagy kémiai úton aktiválható. Ez az aktiválás nemcsak a környezetben, hanem közvetlenül magában a növényben is végbemegy. Ennek következtében olyan aktív, igen reakcióképes oxigénformák képződnek, melyek a növények életfunkcióit károsíthatják, a növény számára oxidatív stresszt okoznak. A leggyakrabban előforduló aktív oxigénformák: -szinglet oxigén (¹O2) -hidroxilgyök (OHº) -szuperoxid aniongyök (O2º¯) -hidrogénperoxid (H2O2) Az oxigén növénybeli aktiválásának leggyakoribb helye a kloroplasztisz, ahol a fotoszintetikus oxigéntermelés miatt a legnagyobb az oxigénkoncentráció.

A kloroplasztiszban lezajló folyamatok: 1. rész:a klorofill gerjesztésének útja, a fotoszintézisben való részvételének folyamatai, a triplet klorofill spontán kioltásának lehetőségei. 2. rész:a triplet klorofillnak a molekuláris oxigénnel való reakciója, a sziglet oxigén generálása, a klorofill oxidációja 3. rész:a karotinoidok lehetséges védőszerepének útja, köztük az epoxidképződés lehetősége, ami a violaxantin működését jelenti. 4. rész: a szuperoxid aniongyök képződésének reakciói, valamint eliminálásának spontán, illetve a szuperoxid- dizmutáz enzim által katalizált reakciók. 5. rész: az aszkorbát-glutation cikus komponenseinek, enzimeinek működése.

3, Egyéb stresszek: Vízzel való elárasztás: különösen a föld alatti szervekbenokoz oxigénhiányt, amit egy posztanoxiás állapot követ. Sóstressz: az ozmotikus vízmegkötés és egye specifikus ionhatás révén terheli meg a növény anyagcseréjét. A Na és Cl- ionok feleslege felborítja a sejtek ionegyensúlyát, ugyanakkor egyes enzimekre, illetve membránokra is hat. Mindezek következtében a fotoszintézis intenzitása csökken, a légzés gátlódhat, de serkentődhet is, a növekedési folyamatok pedig lelassulnak.

4, Stresszorok együttes hatásai: A stresszhatások nemcsak önmagukban érhetik a növényeket-sőt talán ez a ritkább- hanem egymással kombináltan is. Együttes hatások: -szinergista: az okozott stressz erősebb. Pl.: az alacsony hőmérséklet és a nagy fényintenzitás. -antagonista: az egyik stresszor csökkenti a másik hatását. Pl.: hideg és szárazság.

Stressztűrőképesség fokozása génátvitellel: 1)Az extrém környezeti stresszek közt élő növény felkutatása. 2)A szervezet vizsgálata stressz nélküli és stresszelt állapotban. 3)A stressztoleranciát biztosító gén izolálása és klónozása. 4)A géntermék jellemzése prokarióta modellrendszerben. 5)A gén bevitele növényi rendszerbe és stresszhatás alatti tanulmányozása. 6)A gén bevitele a kultúrnövénybe és szabadföldi kísérletek elvégzése.

Köszönöm a figyelmet!