Szigeti Zoltán

NÖVÉNYEK STRESSZBEN

2013 október

NÖVÉNYEK STRESSZBEN

Amikor egy-egy nehéz nap után hazaérünk a munkából, letesszük a táskát, levesszük a cipőnket, lazítunk a szerelésünkön, lerogyunk a fotelbe, letöröljük homlokunkról az izzadságot, mondván: hű, milyen stresszes napom volt!, a családban mindenki érti, hogy ma sokat dolgoztunk, sokfélével kellett foglalkozni, néha kapkodva, nehéz feladatokkal birkózva. Ott nyüzsgött egy csomó ügyfél, esetleg a főnök is hajszolt, a telefon szakadatlanul csörgött, a légkondicionáló nem működött, meg lehetett főni, a számítógép megbolondult – szóval nehéz, stresszes nap volt.

A stresszelméletet kidolgozó Selye János Bécsben született, Komáromban volt iskolás, majd Párizsban és Rómában folytatta tanulmányait, aztán Prágában szerezte orvosi doktorátusát. Hosszú és alapos kutatómunkával Kanadában dolgozta ki elméletét, melynek lényeges momentuma a stressz első leírása: a stressz a szervezet túlterhelt, túlerőltetett állapota, a test aspecifikus reakciója mindenfajta igénybevétellel szemben. Elméletének alapját 1936-ban a Nature-ben közölte egy mindössze fél oldalas cikkben. 

terhelések

A stressz kifejezést a köznyelvben elsősorban humán vonatkozásban használjuk, sokszor az embert érő fokozott megterhelésre magára és az emberben – a megterhelés következtében – fellépő állapotváltozásra. A humán stressz leggyakoribb megnyilvánulása idegrendszeri, ami különféle lelki tünettel jár együtt. De nemcsak az emberek, hanem a többi élőlény, így az állatok, sőt a növények teljesítményét, fiziológiai állapotát is befolyásolják a terhelések: korlátozzák fejlődési lehetőségeiket, és stresszállapotba kerülhetnek. A növényi stressz tünetei nyilvánvalóan eltérnek az emberi stressz tüneteitől, még ha a tünetek mögötti biológiai, biokémiai folyamatok sokban hasonlítanak is.

Nem tudta ezt Bill Clinton, az USA korábbi elnöke, amikor 1995-ben szokásos évértékelő beszédében a növényi stressz kutatására fordítandó 1 millió dollárt szükségtelen kiadásnak, kidobott pénznek nevezte. Ez persze kellőképpen felpaprikázta az USA növényi stressz kutatóit, akik nem is maradtak adósak a válasszal – többek között a Minnesotai Egyetem Növénybiológiai Tanszékének két molekuláris biológusa a New York Times-hoz küldött levélben magyarázták meg az elnöknek, hogy a növényeket érő extrém körülmények, káros hatások, mint a fagy, a szárazság, a szalinitás (sófelhalmozódás), a toxikus nehézfémek, melyek elől a növények helyhez kötöttségük miatt nem tudnak elmenekülni, erősen korlátozzák növekedésüket, szaporodásukat, csökkentik terméshozamukat, s idéznek elő stresszállapotot. A növények tűrő- és ellenállóképességének jobb megismerése ezért feltétlenül szükséges a mezőgazdasági növények termésének fokozásához. Arról nem szól a történet, hogy Clinton elnök megértette-e aztán szavukat, csak hogy sokan megmosolyogták. (Persze, hallottunk mi már magyar politikusról, aki a hazai balneológiai kutatásokat tartotta feleslegesnek, mondván Magyarországnak nincs óceánja, ahol bálnák élnének.) 

Bill Gracey, flickr.com

Ha valaki józan ésszel belegondol, nem is kérdés, miért kell a kutatóknak a növényi stresszel foglalkozni. Elsősorban azért, mert a termesztett növényeket érő stresszhatások rendkívül nagy károkat okoznak évről évre. Az abiotikus stresszorok – tehát az időjárás, a klíma szélsőségei – a maximális lehetséges terméshez képest – a kukorica esetében több mint 60%-os, búzában több mint 80%-os – terméskiesést okoznak. De a biotikus stresszorok – kórokozó fertőző ágensek, rovarok és gyomok – hatása is 10, illetve 5% körüli, burgonyánál viszont a biotikus stresszorok terméscsökkentő hatása eléri a 20%-ot. A növényi stresszel a természetes növénytakaró miatt is foglalkozni kell. Evolúciós időtávon vizsgálva a kedvezőtlen környezeti tényezők szelektálnak, hatásuknak jelentős a szerepe a növények adaptációjában, a genetikai változásokon alapuló alkalmazkodásban. Azok a növények, amelyek a környezeti tényezők, pl. hőmérséklet, tápanyag-ellátottság vagy éppen a rendelkezésre álló víz mennyiségének változását tág határok közt képesek elviselni, különböző adottságú termőhelyeken is jól megélnek és eredményesen vetélkednek azokkal a növényfajokkal, amelyek csak szűk intervallumon belül képesek elviselni ezeket a változásokat. A nagy alkalmazkodó-képességgel rendelkező fajok jó kompetítorok, azaz eredményesen vetélkednek bármely termőhelyért, ezért általánosan előfordulhatnak bárhol, ezeket generalistáknak nevezzük. Ilyenek például azok a növények, melyek az útszéleken, taposott helyeken vagy éppen termesztett növénykultúrákban is (gyomként) megélnek. Azok a fajok pedig, melyek egyedei kis alkalmazkodó-képességűek, csak speciális igényeiknek megfelelő élőhelyeken képesek élni, a specialisták csoportját alkotják.

Ha a növények élőhelyi körülményeit nézzük, láthatjuk: vannak olyan nagy régiók, mint a szárazsági zónák, a sós talajú területek, a sarkvidékek, a magashegységek, ahol a növények számára kedvező feltételek csak rövid időn át vagy egyáltalán nem állnak fenn, és a növényeknek ilyen körülmények közt kell létüket, fajukat fenntartani. 

súlyos károsodás

A trópusi óceánok hatalmas területei tápanyagban szegények, a mélyebb rétegekben hiányzik az autotróf (a szervetlen anyagból szervest előállítani képes) növények számára nélkülözhetetlen fény. A szárazföldi területek egy részét az ember úgy átalakította, hogy a növények számára kedvezőtlenné váltak a körülmények. De azokon a területeken is, ahol még nem általánosan rosszak a létfeltételek, helyileg vagy időlegesen kialakulhatnak olyan helyzetek, amelyek a vegetáció optimális feltételeitől jelentősen eltérnek, és a vegetáció súlyos károsodását váltják ki.

Bizonyos korlátok között a növények alkatilag, alakjukkal vagy egyes sejtszervecskéikkel, illetve anyagcsere-folyamataikkal képesek alkalmazkodni a különleges körülményekhez is. Az intenzív napos területeken élő növények például leveleik alakjával, vastagságával, szöveti szerkezetével alkalmazkodnak az erős fényhez, zöld színtestjeik nagyobb fotoszintetikus kvantumhasznosítási rátával válaszolnak az intenzív megvilágításra. Az árnyékban, alacsony fényintenzitáson élő növények ezzel szemben vékonyabbak, de nagyobb levelűek, zöld színtestjeik belső szerkezete alkalmazkodott az alacsonyabb fényintenzitáshoz, azaz nagy fényelnyelő struktúrákat fejlesztettek. Az adaptációs változásoknak köszönhetően a növények különleges vagy gyakran változó feltételek közt is képesek normálisan növekedni és fejlődni. 

Stacie, flickr.com

Rendkívül különbözőek a más-más égtájon, eltérő klimatikus viszonyok között élő növények környezettel szembeni igényei. Az igényeket ugyanis az evolúció során kialakult adaptáltsági szintjük határozza meg. Északi vidékeken pl. a növények fotoszintézisének és légzésének sokkal alacsonyabb a hőmérsékleti optimuma, mint a mérsékelt vagy éppen trópusi zónában élő növényeké. 

Ma a növényi stresszt úgy definiáljuk, hogy a stressz az a fiziológiai állapot, amelyben a növények növekedése, fejlődése és szaporodása a környezeti terhelés miatt a genomban meghatározott lehetőségek alatt marad. A meghatározás két elemét kell hangsúlyoznunk. Az egyik, hogy a stressz élettani állapot, amelybe a növény a stresszor hatására kerül. A másik, hogy élettani funkcióik a genomban meghatározott értékek alatt maradnak. 

Érdemes egy összehasonlító példát említeni: a maximális emberi élettartamot ma mintegy 150 évre becsülik. 122 év a legmagasabb életkor, amit ember eddig – bizonyítottan – elért. A 150 évre becsült maximális életkor és a tényleges 122 év közötti különbség az embernek az optimálistól eltérő, a stressz által okozott, rosszabb életkörülményeinek a terhére írható.  Ugyanígy van ez a növényekkel is, ami nemcsak életkorukban, hanem aktuális fiziológiai állapotukban, méretükben, fejlettségükben is megnyilvánul. 

fáj-e a virágnak

A hazai közvélemény jó része nem sokkal tájékozottabb a növényi stresszek kérdéseiben, mint Clinton elnök volt 1995-ben, ami talán nem meglepő, hiszen az írott és az elektronikus bulvársajtó gyakran kezel tudományos kérdéseket gyermekded stílusban. Az egyik kereskedelmi televízióban évekkel ezelőtt riportműsor foglalkozott azzal, fáj-e a virágnak, amikor levágják. Szobanövényekkel kapcsolatban meg komolyan tárgyalják a kérdést, simogatni kell-e a növényeket vagy zenélni nekik, hogy jobban érezzék magukat. A növényfiziológusok egyszerű kísérlettel adtak tudományos választ a simogatással kapcsolatos felvetésre: lúdfű növények (Arabidopsis thaliana) két csoportját azonos körülmények közt neveltek, az egyik csoportot naponta kétszer végigsimogatták, a másik csoportot nem. Két héten belül jelentős növekedési és fejlődési különbség mutatkozott a nem simogatott növények javára. 

Hasonló kérdésekre azt válaszolom, hogy nem simogatni és nem zenélni kell a növényeknek, hanem biztosítani azokat a körülményeket, amelyek a növény genetikája, eredete, igényei szerint szükségesek, tehát megfelelő fényviszonyok közt kell tartani, kellő mennyiségű vizet, tápanyag-ellátást biztosítani, és megfelelő összetételű, szerkezetű, kémhatású talajban nevelni. Ha a növekedéshez, fejlődéshez szükséges optimális feltételek megvannak, a növényt nem érheti stressz. Mert stresszállapotba akkor kerül, amikor a környezeti feltételek a számára optimális tartományon kívüliek. Amikor kevés vagy sok a fény, kevés vagy sok a víz, amikor ásványi tápelemekből nagyon kevés vagy éppen túl sok van stb. Az optimális alkalmazkodás tartományán kívül eső környezeti tényező stresszorként hat. 

Tudor Turcu, flickr.com

A stresszor hatására adott növényi válasz – jellege szerint – kétféle lehet: A hatás eltűrése, amikor a növény gyenge stressz esetén képes a stressz nélküli állapothoz hasonló, magas anyagcsere-aktivitást fenntartani, súlyosabb stressz esetén pedig csökkentett aktivitással működni és biztosítani a túlélést. A tűrés az egyed alkalmazkodóképességének, az akklimatizációnak az eredménye, amit egyedi alkalmazkodó képességük mértéke határoz meg. A növények túlnyomó többsége – helyhez kötöttsége miatt – mozgással, elvándorlással nem tud kitérni, ezért esetükben a tűrés a gyakoribb stresszválasz. Akad persze példa a kikerülésre is. 

kedvező körülmények

A hatás kikerülése azt jelenti, hogy extrém intenzitású vagy tartamú stresszhatás esetén az anyagcsere-aktivitás úgy lecsökken, hogy a növény nyugvó, alvó állapotba kerül. Így izolálja magát a stresszortól. A kikerülés egyik legismertebb, s egyúttal talán leglátványosabb példája a mérsékelt égövön a lombhullatás, ami az évszakok evolúciós időtávon át tartó periodikus változásának hatására alakult ki. Lombhullatáskor a fásszárú növények a hidegre legérzékenyebb szerveiket, a leveleiket vesztik el. Kikerülésnek számít az időszakosan kiszáradó területeken élő növények gyors fenológiai fejlődése is, amikor a növény egyedfejlődése a kedvező körülmények rövid ideje – szinte néhány hét – alatt lezajlik a csírázástól a maghozásig, majd a körülmények romlásakor, a beálló száraz periódus idején a növény magjai vagy más szárazságtűrő képletei biztosítják a túlélést. 

A stressz tehát nem rendkívüli állapot, hanem az élet természetes velejárója, a stresszt kiváltó stresszor az adott élőhely viszonyainak kialakításában szerepet játszó egyik fontos faktor, szelekciós tényező, a tökéletesebb ellenállóság és az adaptív evolúció hajtóereje.

felső kép | Rebecca Wilson, flickr.com