183810. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés növényekben lejátszódó élettani folyamatok nyomonkövetésére
1 183 810 2 A találmány arra a célra szolgáló eljárás és elrendezés, hogy a növényekben külső vagy belső hatásokra létrejövő mindennemű változást durva beavatkozás nélkül, a növény természetes környezetét nem megváltoztatva tudjuk érzékelni. Ugyanakkor alkalmas arra is,hogy a növény környezetében létrejövő változások mérése révén következtessen a növényekben lejátszódó élettani folyamatokra. A különböző élettani folyamatok műszeres vizsgálatára napjainkban több módszer ismert. Mindenekelőtt a fotoszintézis, ill. légzés tanulmányozására alkalmas olyan vizsgálatokat kell említeni, amelyek a növényeket körülvevő zárt térben vagy esetleg a levél felületén a levegő széndioxid (oxigén, nitrogén) koncentrációját mérik különböző detektorok segítségével. Ide sorolhatjuk a biopotenciálmérést is, amely a növény két különböző pontja vagy esetleg csak a talaj és valamelyik növényi rész közötti potenciálkülönbséget méri. Ezeknek a módszereknek több hátránya van. Az első esetben a növény környezetét izolálni kell. Az egész növényt, vagy annak egy részét lehatároló térben a gázkoncentrációk változásaiból nem lehet minden esetben egyértelműen következtetni a növény belsejében végbemenő folyamatokra. A mért gázkoncentrációk átlagértékek, gyors változások követése lehetetlen. A zárt térben felgyülemlő gázok a növény életműködésére is visszahatnak, így az eredmény irreális. A biopotenciál mérésénél pedig nem kellően ismert a potenciál változás oka. A találmány szerinti eljárás az ismert módszerekhez hasonlóan ugyan alkalmas a növény környezetében bekövetkező változások mérésére is, de abban alapvetően különbözik az előzőektől, hogy közvetlenül a növényben lévő — akár gáz halmazállapotú, akár testnedvekben, szövetekben oldott gázok (pl. oxigén, széndioxid, nitrogén stb.) koncentrációjának a nagyságát is mérni tudja. A találmány szerinti eljárás alkalmazza azt a felismerést, hogy a növény anyagcseréjében résztvevő (felhasznált és termelt) anyagok a növény élettani tulajdonságaival, az aktuális élettani folyamatokkal vannak szoros okozati összefüggésben. Az anyagcserében résztvevő anyagok mérésével az élettani tulajdonságok mennyiségi és minőségi jellemzésére van lehetőségünk. Ezen anyagok közül a gázneműek — különösen fontos az O2 és CO2 — gázelemzővel (tömegspektrométer, infravörös abszorpciós, paramágneses stb.) meghatározhatók. A találmányi eljárás alapvetően abban különbözik az ismert eljárásoktól, hogy nem a növényt körülvevő zárt gáztérben méri az élettani jelentőséggel bíró gázokat, hanem a növény belsejében érzékelhető tényleges viszonyokat méri. A gázérzékelőt, illetve a gázérzékelőhöz kapcsolt mintavevőt eljárásunk szerint be kell építeni a növénybe. Ez okozhat stresszhatást a növény életében, azonban ez a hatás hamar elmúlik, a mintavevőt a növényi sejtek körbenövik és visszaáll a növény normális élettani állapota, de a gázérzékelő közvetlen kapcsolatban marad a növény gázháztartásával. A környezet változásai az érzékelőben nem okozhatnak gázkoncentráció változást, csak kizárólag a növény élettani folyamatain keresztül. A tömegspektrométerek rendkívül kis mennyiségű (103 bar x cm3 vagy annál kevesebb) gázminta összetételét is meg tudják határozni. A találmány szerinti eljárásban időegység alatt nagyon kis mennyiségű gázt ( < 10 3 bar x Xcm3/s) áteresztő mintavevőt helyezünk a növénybe úgy, hogy a mintavevő gázáteresztő része csak a növénnyel érintkezzen. Ezt úgy érjük el, hogy a mintavevőnek ezen végét a növény valamely részének (szár, levél stb.) belsejébe dugjuk, s a behatolás helyét gázzáróan tömítjük (pl. egy idő múl va a növényi sejtek körülnövik a mintavevőt és így valósul meg a tömítés vagy tömítő anyaggal zárjuk el a külső levegő útját). A mintavevő lehet cső vagy általában gáz áramoltatására alkalmas vezeték, amelynek a növénybe merülő részén porózus anyagot vagy kis nyílás(oka)t alakítunk ki, és ezt csupaszon vagy még előnyösebben féligáteresztő membránnal (gumi, szilikongumi, PVC, polietilén, teflon stb.) bevonva juttatjuk a növénybe. A mintavevőt tömegspektrométerhez csatoljuk. A tömegspektrométer analizátora ismert módon nagy vákuum térben üzemel. A növénytől a mintavevőn át állandóan kis gázmennyiség áramlik a tömegspektrométerbe, ez a kis mennyiség nem zavarja meg a növény anyagcseréjét. így a növény felépítésétől és a mintavevő elhelyezkedésétől függően a növény üreges részeiben levő szabad gázból vagy a testnedvekben, szövetekben oldott gázokból állandóan mintát vehetünk, a növény időbeli viselkedését nyomon követhetjük. A mintavétel és a gázelemző másodpercnyi rövidséggel lezajló folyamatok megfigyelését is lehetővé teszi, tehát nemcsak érzékeny, hanem igen gyors is. A találmányi eljárás a következőkben foglalható össze: A vizsgált növény vagy növényi rész belsejébe vagy felületére gázzáróan gázérzékelőt vagy gázérzékelőhöz csatlakozó gázmintavevőt helyezünk. A mintavevő gázfelvétele kicsiny (< 10 3 barxcm3 /s), a növény gázháztartását nem zavarja. A növényt vagy növényi részt a vizsgálat jellegétől függően természetes életkörülmények között tártjuk, illetve tetszőleges mechanikai, fizikai, kémiai és biológiai hatásoknak vagy a hatások tetszőleges kombinációjának tesszük ki. A gázérzékelővel folyamatosan vagy szakaszosan meghatározzuk a növényben szabad állapotban vagy testnedvekben, szövetekben oldott gázok tetszőleges számú komponensének minőségét és mennyiségét. A hatások következtében létrekövő élettani folyamatokat és/vagy magukat a környezeti hatásokat a mért gázkoncentrációk alapj án értékeljük. Az eljárástmegvalósító elrendezésben a növénybe vezetjük be a gázmintavevőt, amelynek másik vége a tömegspektrométerhez csatlakozik. Az eljárás lehetőséget ad növényekben lejátszódó gyors és hosszú idejű élettani folyamatok nyomonkövetésére egyaránt. A közvetlen mérési mód előnye, hogy segítségével a növényben bármely gáz folyamatos , ,in vivo” gyors mérésé re nyílik lehetőség. Az eddigi eljárásoktól eltérően úgy határozható meg a növényben lévő gázok koncentrációja, hogy a mért értékek a környezeti hatásoktól közvetlenül ne^ függjenek, csak a növény élettani folyamatai következtében változzanak. Ezáltal kiválóan alkalmas növényélettani vizsgálatokra és a növény életét befolyásoló tényezők vizsgálatára is. Kimutathatóvá válik vele a növényben előidézett olyan stresszhatás is, amelynek a környezetre nézve gyakorlatilag nincs következménye és így az eddigi eljárásokkal nem volt felfedezhető. A találmány szerinti eljárással vizsgálható az élettani folyamatok különbözősége egy növény vagy növényfajta különböző részeiben. Különösen előnyös az eljárás alkalmazása permetező szerek, általában vegyszerek, ill. hormon hatá sú bioaktív anyagok hatásának vizsgálatánál és minősítésénél . Az eljárás gyors vizsgálatot és objektív ítéletet tesz lehetővé. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
