Ugrás a tartalomhoz

Növénytan

A hő ökológiai jelentősége

A hő ökológiai jelentősége

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 Napból érkező hősugarak megoszlása a Földön
A Napból érkező hősugarak megoszlása a Földön

Üvegházhatás
Üvegházhatás

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.

Tűrőképesség grafikonja (toleranciagörbe)
Tűrőképesség grafikonja (toleranciagörbe)

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.

Kukorica (Zea mays, Poaceae) torzsavirágzata bajusszal (Turcsányi Gábor felvétele)
Kukorica (Zea mays, Poaceae) torzsavirágzata bajusszal (Turcsányi Gábor felvétele)

Nemes cukornád (Saccharum officinarum, Poaceae) (Szabó Mária felvétele)
Nemes cukornád (Saccharum officinarum, Poaceae) (Szabó Mária felvétele)

Burgonya (Solanum tuberosum, Solanaceae) (Seregélyes Tibor felvétele)
Burgonya (Solanum tuberosum, Solanaceae) (Seregélyes Tibor felvétele)

Közönséges búza (Triticum aestivum, Poaceae) kalászvirágzata (Turcsányi Gábor felvétele)
Közönséges búza (Triticum aestivum, Poaceae) kalászvirágzata (Turcsányi Gábor felvétele)

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.