Sorra látnak napvilágot a hírek, miszerint 2021 minden idők legmelegebb éve volt. A kutatók világszerte kiemelt témaként kezelik és intenzíven vizsgálják a növények, ökoszisztémák szárazságra és magas hőmérsékletre adott válaszait.
Azok megértése ugyanis döntő szerepet játszhat abban, hogy a növényeket minél ellenállóbbá tehessük ezekkel a külső tényezőkkel szemben, és segítségükkel tovább tökéletesítsék a kutatók a klímamodelleket. Most két, a közelmúltban közzétett kutatást foglalunk össze.
Átfogóan tanulmányozta a növények válaszait a mesterséges körülmények között létrehozott szárazságra Christiane Werner, a freiburgi Albert Ludwig Egyetem munkatársa, illetve kutatócsoportja. Vizsgálataikhoz stabil izotópokat használtak markerként. Ennek érdekében egy mesterségesen kialakított esőerdőt több mint kilenc hétig aszályos körülmények között tartottak, és figyelték, mit tesznek az egyes fajok a szárazság leküzdésére, hogyan lépnek kapcsolatba a többi növénnyel, a talajjal és a légkörrel. A vizsgálatok ideje alatt bebizonyosodott a növényfajok szárazságtűrése közötti különbség, és kirajzolódott a növények komplex kölcsönhatása, ami úgy tűnik, kulcsfontosságú abban, hogy az életközösség stabilitása a lehető leghosszabb ideig fennmaradjon.
A kísérlet további értékes eredményekkel is szolgált arra vonatkozóan, hogy a szárazság miként befolyásolta a szén-dioxid-megkötés folyamatát, és hogy az aszálytól szenvedő növények gázkibocsátása milyen hatással lehet a légkörre és a klímára. A mintegy 80 fős kutatócsoportot Christiane Werner mellett Nemiah Ladd, a freiburgi egyetem, valamint Laura Meredith, az Arizonai Egyetem munkatársai vezették, a vizsgálatokat az amerikai Biosphere 2 kutatóközpontban végezték.
Freiburgi kutatók mesterségesen idéztek elő aszályt, hogy tanulmányozhassák a növények védekezési mechanizmusaitFotó: Christiane Werner
Kölcsönhatások
A kutatók különböző csoportokba sorolták a növényeket az aszályos körülményekre adott válaszaik szerint. Ez alapján szárazságtűrő és szárazságra érzékeny, valamint mindkét kategóriában lombkoronás fák, illetve aljnövényzet csoportot alakítottak ki.
Arra jutottak egyebek között, hogy a komplex kölcsönhatásnak köszönhetően tovább maradt meg a víz a rendszerben, így hosszabb ideig stabil tudott maradni. Christiane Werner úgy fogalmazott, hogy tanúi lehettek az egyik legcsodálatosabb reakciónak is a nagyméretű szárazságtűrő, valamint a kevésbé ellenálló, érzékeny fák között.
Általában az érzékenyebb fajok használják fel a legtöbb vizet a termőrétegből, és mivel ez a réteg szárad ki a leggyorsabban, az érzékenyebb fajok szenvedik el leggyorsabban és legerősebben a vízhiányt.
Feltételezhető, hogy ezek a növények a nagy vízigényük miatt azonnal megcsapolják a föld alatt mélyebben fekvő vízkészleteket is. Ám ehelyett a kutatók azt tapasztalták, hogy az érzékenyebb növényeknek is drasztikusan csökkent a vízfelvétele, és csak akkor kezdték el a mélyebb rétegekből fölvenni a vizet, amikor a szárazság már rendkívüli volt. Ily módon a talaj különböző rétegeiben lévő vízkészleteket a lehető legtovább megőrizték az egyéb növénycsoportok számára is. Azok viszont az amúgy is kisebb vízigényük miatt tovább megőrizték lombleveleiket és lombkoronájukat, ez pedig az aljnövényzet számára is hosszabb ideig biztosította a nedvességet. Ebből adódóan az aljnövényzet tartósan meg tudta óvni a talajt a kiszáradástól. Werner szerint ez a folyamat azt mutatja, hogy a növények különböző és egymást kiegészítő hidraulikus stratégiákat képesek kifejleszteni, és ezzel a kölcsönhatással növelik például az egész erdő szárazsággal szembeni ellenállását.
Az ezzel kapcsolatos pontosabb ismeretek megszerzése jelentősen hozzájárulhat ahhoz, hogy az erdők ellenállóbbá váljanak a klímaváltozással összefüggő aszállyal szemben.
Markereket is használtak
A vizsgálatok során a kutatók a víz és a szén-dioxid áramlását, valamint az illékony szerves vegyületek, így például az izoprén és a monoterpének (VOC) áramlását is figyelték. A megfigyelésekhez 13CO2 és 2H2O izotóp gázokat juttattak a mesterségesen kialakított erdei környezetbe, és nyomon követték, hogyan oszlanak el ezek az anyagok a fákon, a növényeken és a talajon keresztül a kísérlet során.
A markereknek köszönhetően a tudósok egyebek mellett pontosabb képet kaptak arról, mennyire intenzív volt a növények vízfelvétele,
mikor és melyik talajrétegből vették fel a vizet, illetve azt is megtudták, hogy a víz, a szén-dioxid és a VOC vegyületek hogyan és hol tárolódtak a növényekben és a talajban, valamint hogyan és mikor kerültek a légkörbe. Ilyen jellegű kísérletet a világon első ízben végeztek, ez csak a Biosphere 2 mesterséges, zárt rendszerén belül volt lehetséges.
Annak ismerete, hogy a növények milyen stratégiákat alkalmaznak a szárazság leküzdésére, hogyan lépnek kölcsönhatásba más növényekkel, valamint a talajjal és a légkörrel, segítséget nyújthat a klímaváltozás modellezésének tökéletesítésébenFotó: MTI – Czeglédi Zsolt
A klímakutatást is segíti
A szén-dioxid és az illékony szerves vegyületek tárolásával és kibocsátásával kapcsolatban a kutatók egyebek között megfigyelték, hogy a növekvő szárazság hatására az erdő szén-dioxid-tárolása mintegy 70%-kal csökkent, és a növények mind több VOC-t bocsátottak ki, ami a légköri kölcsönhatások révén többek között ózon képződéséhez vezethet. A különböző VOC-k, például az izoprén, a monoterpének és a hexanal kibocsátása párhuzamosan növekedett a szárazság okozta stressz fokozódásával. A monoterpének egyébként szerepet játszanak a felhők és a csapadék kialakulásában, feltehetően ez egy további védekezőmechanizmus az aszály ellen.
Christiane Werner szerint ezek az eredmények a klímakutatás szempontjából is fontosak. Annak ismerete, hogy a növények milyen stratégiákat alkalmaznak a szárazság leküzdésére, hogyan lépnek kölcsönhatásba más növényekkel, valamint a talajjal és a légkörrel, segítséget nyújthat a klímaváltozás modellezésének tökéletesítésében, állítja a kutatás vezetője. Az interdiszciplináris és nemzetközi kutatócsoport egyébként hidrológusokból, mikrobiológusokból, ökológusokból és légkörkutatókból állt. A kutatás a freiburgi Albert Ludwig Egyetem ERC Consolidator projektjének részét képezte, az eredeti publikáció a Science újságban jelent meg.
A hősokk ellen
Brigitte Poppenberger és kutatócsoportja molekuláris szinten vizsgálta a növények hőellenálló képességétFotó: A. Heddergott / TUM A növényeket is súlyosan károsíthatja a hőség. Túlélési esélyeik növelése érdekében úgynevezett hősokkreakciót, egy molekuláris jelátviteli útvonalat alkalmaznak, amelyet emberi és állati sejtek is aktiválnak védekezésül. A Müncheni Műszaki Egyetem (TUM) kutatói arról számoltak be, hogy a növényi szteroid hormonok fokozhatják ezt a védőhatást a növényekben.
2021 júliusa minden idők legmelegebb hónapja volt világszerte. Az Egyesült Államokban a hőmérséklet 2,6 Fahrenheit-fokkal magasabb volt a sokéves átlagnál, Európában számos országban regisztráltak 45 °C feletti hőmérsékletet, Szicíliában pedig 48,8 °C-ot is mértek.
Gyakorivá váltak az újabb és újabb rekordmelegekkel járó hőhullámok, amelyek nemcsak egyre rendszeresebbek, hanem egyre tartósabbak is, és az emberre, az állatokra és a növényekre is súlyos következményekkel járnak.
A hőstressz veszélyezteti a növényeket természetes élőhelyükön, és kibillenti egyensúlyukból az egyes ökoszisztémákat is, miközben a mezőgazdasági növények hozama is számottevően csökkenhet, ami veszélyezteti élelmezésbiztonságunkat, fogalmazott Brigitte Poppenberger, a TUM biotechnológus professzora.
A növények azonban képesek arra, hogy a rövidebb ideig tartó hőséget elviseljék. A hősokkválasznak nevezett molekuláris jelátviteli útvonal segít megvédeni a növényi sejteket azoktól a hatásoktól, amelyek károsítják a fehérjéket. A folyamat során előállított úgynevezett hősokkfehérjék molekuláris pajzsként szolgálnak és megakadályozzák például a fehérjék hibás feltekeredését.
Brasszinoszteroidok
A növények a hőstresszre egyebek mellett a hormonok egy csoportjának, a brasszinoszteroidok termelésének a fokozásával reagálnak. Ezek a szteroidok egyébként a növekedésszabályozásban is szerepet játszanak. A Müncheni Műszaki Egyetem kutatói számoltak be arról, hogyan is tudja növelni ez a hormon a növény ellenállóságát. 
Az Arabidopsis thaliana, vagy lúdfű alacsony kromoszómaszáma és rövid generációs ideje miatt fontos növénybiológiai és genetikai modellorganizmusFotó: Wikimedia Commons Brigitte Poppenberger kutatócsoportja az Arabidopsis thaliana növénnyel végzett kísérletsorozattal világított arra rá, miként szabályozzák a brasszinoszteroidok egy speciális fehérje termelését, amely a DNS bizonyos szakaszainak be- és kikapcsolásáért felelős. Ez a BES1-nek nevezett transzkripciós faktor kölcsönhatásba léphet hősokk-faktorokkal, lehetővé téve a genetikai információk célzott felhasználását a hősokkfehérjék szintézisének fokozása érdekében. A BES1-aktivitás növelésével a növények ellenállóbbá válnak a hőstresszel szemben, csökkentésével pedig érzékenyebbek lesznek arra.
Ezek az eredmények nemcsak a biológusok számára érdekesek, akik próbálják mind jobban megérteni a hősokkreakciót, hanem a mezőgazdaságban és a kertészetben is felhasználhatók,
állítja a professzor. Ezek a brasszinoszteroidok, biostimulánsok összetevőiként a növények hőstressz-ellenállásának növelésére alkalmazhatók. Ezek a természetes anyagok ökológiai gazdálkodásban is engedélyezettek lehetnek. A BES1 érdekes lehet nemesítési szempontból is, hiszen a folyamat ismeretében olyan növényfajtákat lehet létrehozni, amelyek stabilabb terméshozammal rendelkeznek az egyre gyakoribb hőhullámok mellett is.
Forrás: Kertészet és Szőlészet, magyarmezogazdasag.hu, Összeállította: Rass Krisztina
