Növénytan
A földfelszín hőmérsékletének alakulását csaknem teljes mértékben a Napból érkező elektromágneses sugárzás határozza meg. Ennek teljes spektrumából is mindenekelőtt a 720 nm-nél nagyobb hullámhosszú hősugarak játszanak a Föld hőháztartásában döntő szerepet. A bioszféra hőmérséklete viszonylag szűk határok között ingadozik. Hőmérsékletét az egységnyi felületére vagy térfogatára eső napsugárzás energiája mellett mindenekelőtt a sugárzást felfogó közegek (kőzetek, talajok, vizek, jég, növényzet és légkör, sőt, ma már az ember által létrehozott mesterséges felületek) tulajdonságai befolyásolják. A felszínek napsugárzás hatására bekövetkező fölmelegedése elsősorban a hőkapacitásuktól és a besugárzás energiatartalmától függ. A napsugárzást nagymértékben átengedő levegő a fölmelegített felszínektől hőátadással kapja a hőenergiát. A hőátadás módjai a hővezetés, a hőáramlás és a kisugárzás. A visszaverődött vagy kisugárzott, részben megnövekedett hullámhosszú sugarakat a légkör szelektív elnyelőképessége következtében nagymértékben visszatartja, aminek következtében fölmelegszik. A hősugárzás szelektív elnyelésében legjelentősebb a levegő szén-dioxid- és vízpára-tartalma. A jelenséget - a kertészetekben használt üvegházak ablakainak hővisszatartó képességéhez való hasonlósága alapján - üvegházhatásnak nevezzük . Az üvegházhatás jelentős szerepet tölt be a földfelszín hőmérsékletének alakításában: 44 °C-kal, 14 °C-ra emeli annak átlagos hőmérsékletét, és mintegy 150 °C-kal csökkenti a hőmérsékleti ingadozásokat.
A hőmérsékleti viszonyok az élőlények létezését alapvetően befolyásolják. A hőmérséklettől nagymértékben függ az anyagcserefolyamatok - közöttük a fotoszintézis,[1846] a légzés, az építő és a lebontó folyamatok, valamint a transzspiráció,[1847] illetve mindezek közreműködésével a növekedés és a fejlődés - sebessége. Az élővilág változatossága a Föld különböző részein leginkább annak a következménye, hogy az ott élő fajok toleranciaviszonyai az evolúció[1848] során összhangba kerültek az adott tájra jellemző hőmérséklet térbeli és időbeli alakulásával. A földfelszínen tehát a nagy növényzeti zónák is hőmérsékleti adaptáció következtében keletkeztek. Minden élőlényre, illetve életfolyamatra létezik egy minimális, egy maximális és egy optimális hőmérséklet. Az élőlények adott területen való fennmaradásában nem csupán a napi és az évszakos ritmussal összefüggő hőmérsékletváltozások, hanem a mindenkori szélsőségesen meleg, illetve hideg hőmérsékleti értékek is döntő szerepet játszanak.
Ismerünk változó hőmérsékletű (ún. poikiloterm) és állandó testhőmérsékletű (ún. homoioterm) élőlényeket. A növények poikiloterm szervezetek, mivel testhőmérsékletük az őket körülvevő közeg energetikai tényezőitől (sugárzás, hőátadás stb.) függ. Hasonló módon megkülönböztethetünk endoterm és exoterm élőlényeket is: az előbbiek a hőmérsékletüket saját hő termelésével szabályozzák, míg az utóbbiak hőmérsékletük fenntartásához külső energiaforrást vesznek igénybe. A növények ez utóbbi csoportba tartoznak.
A mérsékelt és a hideg égöv növényeinek magvai csírázásukat megelőző nyugalmi állapotukban egy alacsony hőmérsékletű előkezelést (ún. hideghatást) igényelnek, amely lehetővé teszi a nyugalmi fázis megszakadását. Ha enélkül is kicsíráznának, túlélési esélyeik csökkennének, hiszen az időjárás változékonysága miatt korántsem biztos, hogy egy kisebb fölmelegedést nem követ újabb fagy. A nyugalmi szakaszban életfolyamataik intenzitásának és víztartalmuknak lecsökkenésével a magvak hidegtűrése is maximális. A tűz hatásának rendszeresen kitett területeken ugyanakkor a magvak csírázását a rövid időtartamú hőhatás serkenti. A csírázás hőigénye viszonylag alacsony. A későbbi fejlődési stádiumokhoz kötődő fotoszintézis[1849] a csírázásnál hőigényesebb folyamat. Intenzitása a hőmérséklet változásával rendszerint a jól ismert optimumgörbével jellemezhető.
A különböző növények a hőmérsékleti skála meglehetősen széles spektrumához alkalmazkodtak. Ismerünk a havon élő, minimális hőigényű /pszichrofil/[1850] zöldmoszatot, és hőforrásokban tenyésző, termofil[1851] cianobaktériumot is. Ezek hőmérsékleti optimuma 1, illetve 70 °C. Az edényes növények[1852] azonban, az előbbiektől eltérően, rendszerint viszonylag meleg nappali, és hűvös éjszakai hőmérsékletet igényelnek maximális produktivitásuk eléréséhez. A mérsékelt és a hideg égöv alatt a hőmérsékleti igény minimuma általában a szövetek fagyáspontjával esik egybe (ami a sejtoldatok jelenléte miatt rendszerint nem 0 °C alatt van), maximuma pedig néhány fokkal alatta van a halálos (letális) hőmérsékletnek. Az optimumot többnyire egyéb tényezők, mint pl. a CO2-koncentráció, a vízellátottság és a megvilágítás erőssége befolyásolhatják. A C4-es fotoszintézisű,[1853] többnyire trópusi származású növények (pl. kukorica, cirok, cukornád) magasabb hőmérsékleti értékeken mutatnak maximumot, mint a mérsékelt égövből származó, C3-as tipusúak[1854] (pl. burgonya, búza, cukorrépa) . A hideg tájak növényei 0 °C alatt is fotoszintetizálnak[1855]. A növények nettó fotoszintézisének[1856] felső hőmérsékleti határa a hőkompenzációs pont, vagyis az a hőmérséklet, ahol a két ellentétes, hőmérséklettől függő folyamat, a fotoszintézis és a légzés egymással egyforma intenzitású. A légzés állandóan (fényben és sötétben is) zajló folyamat. Intenzitása a hőmérséklet emelkedésével fokozódik.
Az optimálisnál magasabb hőmérsékletekhez a növények fiziológiai plaszticitásuk segítségével (pl. gázcserenyílásaik kinyitásával és párologtatásuk fokozásával) viszonylag gyorsan alkalmazkodnak. A fagypontnál magasabb, hűvös hőmérsékletet a melegebb égtájak növényei, valószínűleg sejtmembránjaik sérülése miatt, többnyire nem viselik el. A kertészek egyes fajok fagytűrését szoktatással (ún. hidegedzéssel) fokozzák. A szélsőséges hőmérsékletek ellen a növények többnyire nyugalmi szakasz közbeiktatásával védekeznek. Ilyenkor a nélkülözhető szervek (lombozat, hajtás, sőt a mag vagy a spóra kivételével minden egyéb rész) elveszítésével visszahúzódnak, és a kedvezőtlen időszakot víztartalmuknak, valamint anyagcserefolyamataik aktivitásának átmeneti lecsökkentésével vészelik át. Ha azonban a hőmérsékleti értékek meghaladják tűrőképességüket, nyugalmi állapotukban is elpusztulhatnak.
[1846] A fotoszintézis folyamata során a növény fényenergia felhasználásával szervetlen anyagokból szerveseket állít elő.
[1847] Transzspirációnak a növények vízpárologtatását nevezzük. Az evaporáció ezzel szemben a víz elpárolgása a különböző felületekről. A két folyamat együtt az evapotranszspiráció.
[1848] Az evolúció szó jelentése: fejlődés. A biológiai evolúció (törzsfejlődés) az élő anyag keletkezése az élettelenből és változatosságának kialakulása a Föld története folyamán.
[1849] A fotoszintézis folyamata során a növény fényenergia felhasználásával szervetlen anyagokból szerveseket állít elő.
[1850] A pszichrofil szó jelentése: hidegkedvelő.
[1851] A termofil szó jelentése: meleget kedvelő.
[1852] Az edényes növények közé az edénynyalábos növényeket, azaz a harasztokat, a nyitvatermőket és a zárvatermőket soroljuk.
[1853] A C4-es típusú fotoszintézis a CO2 megkötésének elsősorban a trópusi fűfélékben (pl. cukornád, kukorica), de más növényekben is előforduló, Calvin-ciklustól eltérő útja. Lényege, hogy a megkötött CO2 először nem három szénatomos (C3-as), hanem négy szénatomos (C4-es) szerves savakban jelenik meg. Ökológiai jelentősége a fotoszintézis magas hőmérséklet és erős megvilágítás melletti nagyobb hatékonysága. A CO2-t először 3 szénatomos szerves savakba kötő, leginkább a mérsékelt és hideg égöv alatt elterjedt növények a C3-as, míg az itt leírtak az ún. C4-es növények.
[1854] A C4-es típusú fotoszintézis a CO2 megkötésének elsősorban a trópusi fűfélékben (pl. cukornád, kukorica), de más növényekben is előforduló, Calvin-ciklustól eltérő útja. Lényege, hogy a megkötött CO2 először nem három szénatomos (C3-as), hanem négy szénatomos (C4-es) szerves savakban jelenik meg. Ökológiai jelentősége a fotoszintézis magas hőmérséklet és erős megvilágítás melletti nagyobb hatékonysága. A CO2-t először 3 szénatomos szerves savakba kötő, leginkább a mérsékelt és hideg égöv alatt elterjedt növények a C3-as, míg az itt leírtak az ún. C4-es növények.
[1855] A fotoszintézis folyamata során a növény fényenergia felhasználásával szervetlen anyagokból szerveseket állít elő.
[1856] A nettó fotoszintézis értékét úgy kapjuk meg, hogy a fotoszintézis produktumából levonjuk a légzési veszteséget.