Ugrás a tartalomhoz

Növénytan

A víz ökológiai jelentősége

A víz ökológiai jelentősége

A víz a hő mellett a legfontosabb ökológiai tényező. Gyakran limitál: pl. erdők, sztyeppek, félsivatagok, sivatagok kialakulása függ a jelenlététől vagy a hiányától. Az életfolyamatokhoz nélkülözhetetlen. Otthont ad számtalan élőlénynek . Oldó- és tisztítószer (a természetben is) és az anyagcserefolyamatok közege. A fotoszintézis[1857] egyik alapanyaga. Párologtatásával az élőlények testhőmérsékletüket szabályozzák. A sejtek belső hidrosztatikus nyomásának, a turgornak[1858] a létrehozója. Látványa az embernek esztétikai élményt is nyújt, és így hozzájárul az élet minőségének javításához.

A 'kontinentális pad' élővilága (Boros Ferenc és Ferencsik István felvétele)
A 'kontinentális pad' élővilága (Boros Ferenc és Ferencsik István felvétele)

A növény vízállapotának megértése szükségessé teszi néhány fogalom bevezetését. A szabadenergia-szint a részecskék mozgékonyságát jelenti. A víz szabadenergiája legnagyobb a tiszta vízben. A természetben lezajló folyamatok során ez a szabadenergia-szint rendszerint csökken. Azt, hogy valamely rendszer vizének szabadenergiája mennyivel kisebb az ugyanolyan hőfokú tiszta vízénél, a szívóerő fogalmával fejezzük ki, és pozitív értékként adjuk meg. A vízpotenciál abszolút értéke megegyezik a szabadenergiáéval, de negatív előjelű. Adott víznek és a tiszta víznek ugyanolyan hőmérsékleten és légköri nyomáson mérhető kémiaipotenciál-különbségét vízpotenciálnak nevezzük. A tiszta víz vízpotenciálját 25 °C-on és 102 kPa nyomáson (hasonlóan a hőmérsékleti skálához) önkényesen nullának vesszük. A vízpotenciált a mechanikai nyomás és a hőmérséklet-emelkedés növeli, oldott anyag vagy valamilyen mátrix (pl. kolloidszemcsék vagy elektromos töltésű felszínek) jelenléte csökkenti. Ezért növényi rendszerekben értéke rendszerint negatív. A víz a nagyobb vízpotenciálú helyről a kisebb vízpotenciálú helyre diffundál (mint ahogy a hő is a magasabb hőmérsékletű hely felől áramlik az alacsonyabb hőmérsékletű helyre). A víz szabadenergia-szintjét gőznyomással is kifejezhetjük. Legnagyobb a gőznyomása a tiszta víznek, és nagy a vízzel telített rendszerek gőznyomása is. Negatív vízpotenciál-érték mellett a gőznyomás is lecsökkent. Egy rendszer vízgőzének nyomása az ugyanolyan hőfokú tiszta víz nyomásának százalékában adja meg a százalékos relatív humiditás vagy hidratúra értékét.

A hidratúrával a növény vízállapota jól jellemezhető. Amilyen mértékben csökken a sejtek hidratúrája, olyan mértékben nő az ozmotikus szívóereje[1859]. Vízfelvételt követően a sejtekben nő a turgornyomás,[1860] és csökken a szívóerő. Az ozmotikus szívóerő nagyságát mindenekelőtt az oldott anyagok (pl. cukrok, szervetlen sók, szerves savak és sóik) koncentrációja határozza meg. A vízháztartás szempontjából a növényeket két csoportra oszthatjuk: a poikilohidratúrás és a homoiohidratúrás növények csoportjára.

A poikilohidratúrás növények vízállapota a környezet hidratúrájától függ. Száraz időben kiszáradnak, nedves időben pedig felélednek. Vízvisszatartó képességük minimális, regenerációs képességük viszont nagy. Ilyenek pl. egyes moszatok, zuzmók és mohák, de akadnak képviselőik a harasztok között is.

A homoiohidratúrás növények vízháztartása hosszabb időn át független a környezet hidratúrájától. Szívóerejüket és vízvisszatartó képességüket szabályozni tudják. Kiszáradásuk irreverzibilis. Ilyen a páfrányok és a virágos növények[1861] túlnyomó része.

Preferált termőhelyük, illetve szárazságtűrésük alapján a növények a következő csoportokba sorolhatók:

A vízinövények (hydrophyta) gyökérzete gyengén fejlett, sztómáinak[1862] száma kevés, transzspirációja[1863] csekély. Szárazságtűrésük minimális. Ilyenek a hínáralkotók.

A mocsári növények (helophyta) sok vizet vesznek fel, és erősen transzspirálnak [1864]. Szárazságtűrő berendezéseik már lehetnek. Ilyen növények pl. a nád és a gyékények.

Nád (Phragmites australis, Poaceae) (Turcsányi Gábor felvétele)
Nád (Phragmites australis, Poaceae) (Turcsányi Gábor felvétele)

A nedvességkedvelő növények (hygrophyta) higromorf, vagyis párologtatást elősegítő berendezésekkel rendelkeznek. Ilyenek pl. a nagy, vékony levelek keskeny kutikularéteggel és a kiemelkedő gázcserenyílások. Az erdők aljnövényzetét alkotó árnyéknövények tartoznak pl. ebbe a csoportba.

A közepes vízellátottságú növényeknek (mesophyta) már vannak párologtatáscsökkentő berendezéseik. Gázcserenyílásaik nem emelkednek ki az epidermiszből[1865], leveleik közepes vastagságúak, fejlettebb kutikularéteggel.

A szárazságtűrő növényeknek (xerophyta) több típusát ismerjük. A szárazságkerülők gyors életciklusú, egyéves, ún. efemer növények /r-stratégisták/. A geofitonok földbeli raktározó szerveik segítségével vészelik át a vízhiányos időszakot (pl. hagymások). A pozsgások[1866] (szukkulensek) szöveteik víztartalmát szélsőségesen száraz körülmények között is megtartják /pl. kaktuszok/. Transzspirációjuk[1867] és növekedésük is lassú. A szárazságtűréshez való alkalmazkodás alaktani jellemzői a xeromorf bélyegek. Ilyenek pl. a csökkent párologtató felület, a kicsi, kemény, bőrnemű levél, a pázsitfüvek összesodródó levele, a szőrzet, a tövisképletek, a pozsgás levelek és törzs[1868] megjelenése, a vastag kutikula, a besüllyedt gázcserenyílások, a fejlett szilárdító vagy víztartó szövetek stb.

A szárazságtűréssel kapcsolatos a fotoszintézis[1869] nemrég felfedezett, ún. C4-es útja. A C4-es növényekben a CO2 először nem a három szénatomos szerves savakat eredményező (C3-as) Calvin-ciklusban, hanem a 4 szénatomos savakat produkáló, ún. dikarbonsav-ciklusban kötődik meg. A dikarbonsav-ciklus CO2-t kötő kulcsenzime nagy melegben, zárt gázcserenyílások mellett mintegy hatszázszor kisebb CO2-koncentráció mellett képes CO2-t kötni, mint a Calvin-ciklus hasonló kulcsenzime. A dikarbonsav-ciklus helye a C4-es növényekben a mezofillumsejtek rétege . Innen a megkötött CO2-t tartalmazó 4 szénatomos szerves savak beáramlanak az edénynyalábokat körülvevő, parásodott falú, és így jól szigetelő hüvelyparenchimasejtekbe . Itt felszabadul belőlük a CO2, és újra megkötődik, de most már a Calvin-ciklusban. A CO2 felszabadulása utáni megszökését a hüvelyparenchimasejtek falának pararétege meggátolja. Az energiaigényes kétszeri megkötés következménye, hogy a növények nagy melegben, vízhiánykor is képesek új szerves anyagok előállítására (fotoszintézisre). A C3-as növények ezzel szemben a nap égető sugarainak energiáját egy légzési folyamattal, az ún. fénylégzéssel (fotorespirációval) vezetik le. Ez a több sejtalkotó - kloroplasztisz, levél-peroxiszóma, és mitokondrium - együttműködését igénylő oxidatív folyamat jelentős szervesanyag-veszteséggel jár, és a felhasznált szénhidrátvázak egy részéből aminosavakat képez, amelyek később fehérjék képzésére használódnak fel. A fentiek következtében meleg, száraz viszonyok között a C4-es növények a C3-asokhoz képest sokkal több szénhidrátot képeznek, jóllehet egységnyi szénhidrát-mennyiségen belül kisebb a fehérjetartalmuk. A növényeket fogyasztó rovarok a magasabb fehérjetartalmú C3-as növényeket szívesebben fogyasztják, mint a legértékesebb tápanyagaikat a rovarok számára nehezen elérhető helyen (a fásodott edénynyalábokat körülvevő hüvelyparenchimában) tároló C4-es növényeket. C4-es növény a kukorica, a cukornád, a köles, a csillagpázsit, a pirók ujjasmuhar és számos muhar-, valamint disznóparéjfaj. C3-as a legtöbb hazai növényünk - a termesztettek közül pl. a búza, a rozs, az árpa, a zab, a napraforgó, a burgonya, a lucerna stb.

C4-es, aszpartáttípusú pázsitfű (Panicum miliaceum, Poaceae) levélkeresztmetszete (Nyakas Antónia felvétele)
C4-es, aszpartáttípusú pázsitfű (Panicum miliaceum, Poaceae) levélkeresztmetszete (Nyakas Antónia felvétele)

C4-es, malát típusú pázsitfű (Zea mays, Poaceae) levélkeresztmetszete (Nyakas Antónia felvétele)
C4-es, malát típusú pázsitfű (Zea mays, Poaceae) levélkeresztmetszete (Nyakas Antónia felvétele)

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)

Csillagpázsit (Cynodon dactylon, Poaceae) (Turcsányi Gábor felvétele)
Csillagpázsit (Cynodon dactylon, Poaceae) (Turcsányi Gábor felvétele)

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

Négysoros árpa (Hordeum vulgare, Poaceae) (Turcsányi Gábor felvétele)
Négysoros árpa (Hordeum vulgare, Poaceae) (Turcsányi Gábor felvétele)

Abrakzab (Avena sativa, Poaceae) bugavirágzata (Turcsányi Gábor felvétele)
Abrakzab (Avena sativa, Poaceae) bugavirágzata (Turcsányi Gábor felvétele)

Közönséges napraforgó (Helianthus annuus, Compositae) fészekvirágzattal (Turcsányi Gábor felvétele)
Közönséges napraforgó (Helianthus annuus, Compositae) fészekvirágzattal (Turcsányi Gábor felvétele)

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

Takarmánylucerna (Medicago sativa, Fabaceae) (Turcsányi Gábor felvétele)
Takarmánylucerna (Medicago sativa, Fabaceae) (Turcsányi Gábor felvétele)

Az ún. varjúháj-metabolizmussal CO2-t kötő növények (az angol crassulacean acid metabolism kifejezés kezdőbetűivel jelölve: CAM-növények) a sztómáikat[1870] csak éjszaka nyitják ki, és ekkor légzési energia felhasználásával kötik meg a CO2-t négy szénatomos (C4-es) szerves savakba. Nappal, zárt gázcserenyílások mellett a CO2 a C4-es savakból felszabadul, és a napfény energiájának segítségével ismét megkötődik a Calvin-ciklus segítségével. A folyamat jelentősége a vízzel való igen hatékony gazdálkodás, jóllehet ennek ára is van: a nettó fotoszintézis[1871] mértéke erőteljesen lecsökken. Ezért az ilyen utat követő növények csak szélsőségesen száraz vidékeken terjedtek el, nedvesebb körülmények között viszont nem konkurenciaképesek. Képviselőik többnyire pozsgás növények,[1872] amelyek a varjúhájfélék mellett több más családba - pl. kutyatejfélék, kaktuszfélék, libatopfélék - tartoznak. Egy fügekaktuszfaj (Opuntia basilaris) a CAM-fotoszintézis egy szélsőséges útját követi. Gázcserenyílásait csupán esőt követően nyitja ki, míg az esőmentes periódus alatt a légzés által felszabadított CO2-t köti meg újból és újból.



[1857] A fotoszintézis folyamata során a növény fényenergia felhasználásával szervetlen anyagokból szerveseket állít elő.

[1858] Turgor a sejt vízfelvétele következtében kialakuló, sejtfalra ható hidrosztatikai nyomás. Hozzájárul a lágy növényi részek tartásához, szilárdságához, és a növekedő sejtek megnagyobbodásának is okozója.

[1859] Ozmózis az oldószer (az élőlényekben víz) átáramlása egy féligáteresztő hártyán (az élőlényekben biológiai membránon) a kisebb töménységű oldatból a nagyobb töménységűbe.

[1860] Turgor a sejt vízfelvétele következtében kialakuló, sejtfalra ható hidrosztatikai nyomás. Hozzájárul a lágy növényi részek tartásához, szilárdságához, és a növekedő sejtek megnagyobbodásának is okozója.

[1861] A virágtalan növények közé az algákat, a zuzmókat, a mohákat és - edényes virágtalan megjelöléssel - a harasztokat soroljuk. A virágos vagy magvas növények közé a nyitva- és a zárvatermők tartoznak.

[1862] A sztóma vagy gázcserenyílás a mohák, a harasztok és a virágos növények hajtásának elsődleges bőrszövetén kialakuló, gázcserét (mindenekelőtt szén-dioxid-felvételt és oxigénleadást) biztosító, specializálódott sejtekből álló képlet.

[1863] Transzspirációnak a növények vízpárologtatását nevezzük. Az evaporáció ezzel szemben a víz elpárolgása a különböző felületekről. A két folyamat együtt az evapotranszspiráció.

[1864] Transzspirációnak a növények vízpárologtatását nevezzük. Az evaporáció ezzel szemben a víz elpárolgása a különböző felületekről. A két folyamat együtt az evapotranszspiráció.

[1865] Az epidermisz a fiatal hajtás (elsődleges) bőrszövete.

[1866] Szukkulens (pozsgás) egy növény vagy szerv, ha víztartó szöveteiben vizet raktároz, aminek következtében duzzadt teste meglehetősen puha, összenyomható.

[1867] Transzspirációnak a növények vízpárologtatását nevezzük. Az evaporáció ezzel szemben a víz elpárolgása a különböző felületekről. A két folyamat együtt az evapotranszspiráció.

[1868] Szukkulens (pozsgás) egy növény vagy szerv, ha víztartó szöveteiben vizet raktároz, aminek következtében duzzadt teste meglehetősen puha, összenyomható.

[1869] A fotoszintézis folyamata során a növény fényenergia felhasználásával szervetlen anyagokból szerveseket állít elő.

[1870] A sztóma vagy gázcserenyílás a mohák, a harasztok és a virágos növények hajtásának elsődleges bőrszövetén kialakuló, gázcserét (mindenekelőtt szén-dioxid-felvételt és oxigénleadást) biztosító, specializálódott sejtekből álló képlet.

[1871] A nettó fotoszintézis értékét úgy kapjuk meg, hogy a fotoszintézis produktumából levonjuk a légzési veszteséget.

[1872] Szukkulens (pozsgás) egy növény vagy szerv, ha víztartó szöveteiben vizet raktároz, aminek következtében duzzadt teste meglehetősen puha, összenyomható.