Ökológiai élőlényismeret I. –Szárazföldi növények 1. előadás
A NÖVÉNYEK ÉS KÖRNYEZETÜK KÖLCSÖNHATÁSAI A növények elterjedését befolyásoló környezeti tényezők. Tűrőképesség, limitáció, indikáció. Plant traitek. A növények alkalmazkodása.
Miről lesz szó a félévben? • A növények elterjedését milyen környezeti tényezők befolyásolják? • Hogyan alkalmazkodnak a növények ezekhez a tényezőkhöz? • Milyen jellegek (plant trait-ek) teszik sikeressé a növényfajokat a különböző élőhelyeken? • Hogyan alkalmazhatóak ezek az ismeretek a természetvédelemben? • Hazai gyepi és erdei élőhelyek példáján vizsgáljuk ezeket a kérdéseket.
A növények elterjedését befolyásoló környezeti tényezők • • • • • • •
Víz Fény Hőmérséklet Talaj Biotikus kölcsönhatások Természetes zavarások Emberi tevékenység
VÍZ • Tápanyag a fotoszintézis során • Ozmotikus folyamatok és tápanyagszállítás víz segítségével történik • Növényi sejtek turgorának kialakításában • A növényi mozgások víz segítségével, a sejtek vízállapotának változása révén valósulnak meg • A növényi sejtek biokémiai folyamatai vizes közegben játszódnak le • Enzimreakciók katalizátora (pl. hidrolízis) • Fontos szerepet játszik a növényi hőmérsékletszabályozásban (transzspiráció)
A víz mennyisége és minősége • Szárazság – Fizikai szárazság – Fiziológiai szárazság: Van elegendő víz, de nem hozzáférhető (fagyott, vagy sókban, huminsavakban gazdag)
Vízhiány kiküszöbölése • A száraz időszak elkerülése (efemerek, geofitonok) • A vízfelvétel könnyítése : speciális vízfelvételi szervek, képletek kifejlesztése • Vízvesztés csökkentése (párologtatás szabályozása) • Víztartó szövetek, víztároló szervek kialakítása
A víz mennyisége és minősége • Víztöbblethez való alkalmazkodás: – A kutikula hiányzik vagy igen vékony – Az epidermisz felszínén szőröket nem hordoz – A leveleknél előfordul vízkiválasztás (guttáció) – A vízszállító (fa) elemek és a szilárdító szövetek redukáltak – Az aerenchima jelenléte gyakori
A növények vízigénye • Xerophytonok: fizikailag vagy fiziológiailag száraz élőhelyeken élnek • Mesophytonok: közepes páratartalom- és talajnedvesség viszonyok mellett, alacsony sótartalmú élőhelyeken fordulnak elő • Helofitonok: mocsári növények • Hydrophytonok: vízinövények
FÉNY • Olyan forrás, ami nem felhalmozható és raktározható • A fotoszintetizáló növényekben a felépítő anyagcsere kulcsfaktora • Fokozza a kémiai reakciók sebességét • Befolyásolja a növekedést • Növényi mozgásokat befolyásolja (fototropizmus, fotonasztia, fototaxis)
A fény mennyisége és minősége • Fotoszintézis szempontjából a vörös és kék fénysugarak a legkedvezőbbek • Szórt fény kedvezőbb, mint a direkt fény • Szintezett közösségekben az alsó szintekre gyakran főleg a zöld fénysugarak jutnak csak le
A fény mennyisége és minősége • A csökkent fényintenzitás hatásai: – A sejtfalak vastagsága és a szilárdító elemek száma csökken – A levéllemez elvékonyodik és a levélfelszín megnő – A fény felé növekedés során az internódiumok megnyúlhatnak
Hedera helix; Fény- és árnyéklevelek
A fény mennyisége és minősége • A túl intenzív megvilágítás hatásai: – A levelek túlmelegedése következtében szöveti – – – –
károsodások léphetnek fel Növeli a respiráció intenzitását Növekedés-gátló hatással bírhat A klorofil lebomlását idézheti elő A talaj felhevülése révén gyökérsérüléseket okozhat
Fény- és árnyéknövények • Napfénynövények (heliofitonok): Igénylik a teljes megvilágítást. • Árnyéktűrő napfénynövények (helio-szkiofitonok): A viszonylag erős árnyalást tűrik ugyan, de bizonyos életfolyamataikhoz (pl. virágzás, terméskötés) igénylik a teljes megvilágítást. • Árnyéktűrő növények (szkiofitonok): A teljes megvilágítást nem igénylik, sőt kifejezetten káros is lehet számukra. • Szkotofitonok: A teljes megvilágítás elméleti 1%-os határértéke alatt is képesek fennmaradni.
HŐMÉRSÉKLET • A magas hőmérséklet hatásai:
– Denaturálja a protoplazma fehérjéit – Komoly anyagcserezavarokat eredményezhet
• Az alacsony hőmérséklet hatásai:
– A fehérjék szétesését idézheti elő – Intracelluláris jégkristály-képződést eredményez, ami a biológiai membránok szerkezetét károsítja. – A vízfelvételi folyamatok gátlása révén a növény kiszáradását okozhatja (fiziológiai szárazság)
Alkalmazkodás a hideghez PÁRNA-NÖVEKEDÉS
LETÖRPÜLÉS
Pinus mugo HEVERŐ SZÁRTÍPUS
Betula nana
Saxifraga oppositifolia HŐSZIGETELŐ SZŐRÖK
Leontopodium alpinum
TALAJ • A növények számára alapvető fontosságú a rögzülés, víz- és tápanyagfelvétel miatt • A talaj növények szempontjából legfontosabb tulajdonságai: – – – – – – –
Tápanyag-tartalom Vízgazdálkodás Levegőtartalom Szemcseméret-eloszlás Pórustérfogat Sótartalom Mikroelem-tartalom
BIOTIKUS INTERAKCIÓK +
0
-
+
szimbiózis
kommenzalizmus
predáció, parazitizmus
0
kommenzalizmus
neutralizmus
?
-
predáció, parazitizmus
?
kompetíció és allelopátia
TERMÉSZETES ZAVARÁSOK
TERMÉSZETES ZAVARÁSOK • Fontos a zavarások frekvenciája, intenzitása és szezonalitása • Fontos, hogy milyen fenológiai állapotban van a növény, mennyiben károsítja a zavarás • Fontos, hogy mennyiben képes kompenzálni a zavarás következményeit (újrasarjadás, magbank, megváltozott biotikus interakciók)
EMBERI TEVÉKENYSÉG
Inváziós fajok terjedése
Urbanizáció
Intenzív mezőgazdasági művelés
Környezetszennyezés
TŰRŐKÉPESSÉG - TOLERANCIA • Tolerancia: valamely környezeti tényezőnek azon tartománya, amelyen belül a populáció egyedei életképesek.
LIMITÁCIÓ • A populációk válaszreakciója az olyan környezeti hatásokra, amelyek a tűrőképességi tartományuk határait minimum vagy maximum irányban megközelítik vagy átlépik.
• Az ökológiai faktoroknak a változást előidéző környezeti része a limitáló, a változást elszenvedő tűrőképességi része a limitált tényező, a populációknál megfigyelt változás pedig a limitáltság.
Liebig-féle Minimum-törvény
INDIKÁCIÓ • A környezet tényleges hatásaira adott jelzés. • Alapja, hogy a populációk jelzik (indikálják) a létrejöttükben és viselkedésükben szerepet játszó ténylegesen ható tényezőket. • Bioindikátorok: – Egyes fajok bizonyos tényezőkre különösen érzékenyek -> eltűnésükkel vagy csökkent életműködésükkel jeleznek – Más fajok jól elviselnek, jól tűrnek bizonyos extrém feltételeket, így jelenlétükkel, fokozott életműködésükkel indikálnak
PLANT TRAIT-EK • Növényi tulajdonságok vagy jellegek • Olyan tulajdonságok, amelyek a fajok életfolyamatainak vagy viselkedésének jellemzésére használhatóak – Morfológiai jellegek (virágszín, magasság) – Fenológiai jellegek (virágzási, magérlelési idő) – Életmenet jellegek (magbank típus, pollinátor) – Ökológiai jellegek (szárazságtűrés, fényigény)
LEGEK A NÖVÉNYVILÁGBAN
Leggyorsabb növekedés
Albizzia falcata, 10,74m /év
Bambusa spp.; akár 1m/nap; átlagosan 25 cm/nap
Legnagyobb méret
Populus tremula fahálózat Tömege: 6000 t; kiterjedése :43 ha
Sequoiadendron giganteum „General Sherman”
84.8 m magas; törzstérfogat: 1487 m3 2300-2700 éves
Taxodium mucronatum „El Arbol del Tule” törzs-átmérő: 11 m; lombkorona: 58 m
Sequoia sempervirens 115 m magas
Legnagyobb lombozat
Ficus benjamina Lomkorona: 1,2 ha; 1200 támasztógyökér; Törzskerület: 412 m
Legnagyobb levélfelület
Victoria amazonica; átmérő akár 2,5 m
Legnagyobb gyökérzet
Ficus elastica; India
Ficus sp. Dél-Afrika; 120 m
„Legagresszívabb gyökér”
Nuytsia floribunda gyökérélősködő, Ausztrália
Életkor
Picea abies; Svédország 9550 éves élő fa
Azorella compacta; Andok
3000 éves élő félcserje(Apiaceae)
Legkisebb virágos növény
Wolffia spp. 0,6 mm hosszú, 0,3 mm széles; 0,15 mg tömegű.
Legtöbb virágot hozó növény
Wisteria sinensis;
Kalifornia Ágai 150 m hosszúak, Tömege 23 tonna; 1,5 millió virágot hoz.
Legnagyobb virágú növény
Rafflesia spp. Indonézia; átmérő: 1 m; tömege: 6.8 kg
Legtovább csíraképes mag
Silene stenophylla; Szibéria; 30,000 éves
Legkisebb magok Orchidaceae magok
Legkisebbek kb. 0,085 mm hosszúak; 0,081 mg tömegűek
Legnagyobb mag
Lodoicea maldivica; tömege: 15-30 kg; átmérője: 45-50 cm
IRODALOM • Csecserits A., Szabó R., Czúcz B. (2009): Növényi tulajdonságok, tulajdonság-adatbázisok és ezek felhasználása az ökológiai kutatásokban. Botanikai Közlemények 96: 1-17. • Török P., Tóthmérész B. (2010): Növényökológiai alapismeretek. Kossuth Egyetemi Kiadó, pp. 173, 2. kiadás.
