Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)
3. szám - Anda Angéla–Jakusch Pál–Tokai Richárd–Földes Tamás: Új lehetőség a vízszállítás folyamatának követésére élő növényben
8 Új lehetőség a vízszállítás folyamatának követésére élő növényben Anda Angéla*, Jakusch Pál*, Tokai Richárd**, Földes Tamás** *Pannon Egyetem Georgikon Kar Meteorológia és Vízgazdálkodás Tanszék, 8361. Keszthely, Pf. 71. E-mail: anda-a@georgikon.hu. Levelező szerző: anda-a@georgikon.h u **Kaposvári Egyetem Diagnosztikai és Onkoradiológiai Intézet. Kivonat: A vizsgálat célja a humándiagnosztikában alkalmazott MRI alkalmazási lehetőségének növény-víz kapcsolatra történő kiterjesztése, valamint a korábbi ismeretek igazolása volt. Tesztnövénynek a szerzők a fás szárú olajfagyalt (Phylleria angustifolia) választották. A méréseket a Kaposvári Egyetem Diagnosztikai és Onkoradiológiai Intézetében, egy Siemens Avanto típusú MR készülék alkalmazásával végezték. Az elemzés során beigazolódott, hogy a szár egyes pontjainak aktuális víztartalmát az elágazások, valamint a szöveti képződmények módosíthatják. A növényi szár jelintenzitás vizsgálata megerősítette a nóduszok alkotta vízgátak meglétét. A nem destruktív, „in-vivo " MR módszertanra jelentős szerep várhat a növény és a talaj közötti, valamint a növényen belüli víztranszport folyamatok korábbiaknál pontosabb megismerésében. Az eljárás nagy valószínűséggel a kutatást és az oktatást is szolgálhatja. Kulcsszavak: MRI, növényi vízszállítás, jelintenzitás. Bevezetés A globális felmelegedés várható hatásaiból (IPCC 2007) az előrejelzések intervallum hosszúságától szinte függetlenül a csapadék változása látszik az egyik legvalószínűbb éghajlat módosulási következménynek Magyarországon. Az elem prognózisának bizonytalansága meglehetősen magas, s maga az előjele is felmelegedéstől függő: alacsonyabb melegedés csökkenő, míg 3-4°C-ot meghaladó évi átlaghőmérséklet növekedés várhatóan bőségesebb évi csapadékkal társul (Bartholy et al. 2009, Szépszó és Horányi 2008, Mika 2008). A növények számára azonban nemcsak a csapadékmennyiség módosulása, hanem annak időbeli eloszlás változása is legalább akkora veszélyt rejt magában, mint a megszokott évi vízbevételtől eltérő eső megjelenése (Anda 2004). Ezek a kivédhetetlen negatív előjelek felhívhatják a figyelmet a növény-víz kapcsolat korábbiaknál pontosabb megismerésének fontosságára, a technika haladásával rendelkezésünkre álló új eszközök felhasználásával. Egy ilyen lehetőség a korábban humán diagnosztikában megszokott MR módszer növény vízforgalmának megismerésére történő alkalmazása. Az eljárás a növény-víz kapcsolat tanulmányozásában egyben teljesen új közelítést jelent, mely segítségével korábbi ismereteink igazolódhatnak, vagy akár újakkal bővülhetnek. A növényi vízháztartás elemeinek klasszikus méréseinél mindennapos probléma, hogy a növény, mint a talaj-növény -légkör rendszer egy „kiragadott" eleme hogyan reagál a vizsgálat beavatkozásaira, s önmagában a mérési eljárás mennyire befolyásolja a mérni kívánt tulajdonságot. Példaképpen álljon a transzspiráció meghatározására széles körben elfogadott sztóma ellenállás mérése, melynél a levél porometer mérőfejébe fogása azonnal módosítja az összes mikro-környezeti elemet, mely ismerve a sztómák rövid reakció idejét, a pórusok nyitottságának mértékét is megváltoztatja (Anda 2001). A klasszikus növény-víz kapcsolat megismerésére használt mérések másik alapvető problémája az, hogy gyakran destruktívak, ugyanazon egyed esetén a mérés ismétlési lehetőségének teljes kizárásával. A hagyományos közelítések hiányosságai közül az MRI a második hibalehetőség kizárására alkalmas, mivel nem destruktív, így egy élő és funkcionáló növényi mintát egymás után akár többször is lehet vele vizsgálni. A növény-élettani vonatkozású megfigyeléseknél a növényi vízháztartás elemeinek mérési pontossága sokszor nem kielégítő (Pearcy et al. 1991). Az élő szervezet érzékenysége, mely bármely kisebb-nagyobb külső vagy belső változásra azonnal reagál, alaposan megnehezíti a vele foglalkozó kérdés-feltevők dolgát. A növény érzékenysége gyakran a mért változó magas szórásában ölt testet, mely oka nemritkán maga a mérés is lehet, mely aztán nemcsak az összehasonlítást, de a valós kapcsolatokat is elfedheti. Az MRI e hibalehetőség kiküszöbölésére rendkívül hatékony eszköznek látszik. Az eljárás az élő növényben a spinek rendszerén végzett mérés, mely nem avatkozik be durván a méOrendő rendszerbe. A spinek csak gyenge kölcsönhatásban vannak a vizsgált biológiai rendszer azon makroszkopikus paramétereivel, amelyek biológiai és kémiai szempontból annak viselkedését befolyásolják. A mágneses tulajdonságok meglehetősen elhanyagolható szerepet játszanak a sejtszintű biokémiai folyamatokban (Berényi et al. 1997). Ugyanakkor, a biokémiai paraméterek jól mérhető módon befolyásolják a spin-rendszer viselkedését, azaz a spinrendszeren végzett mérésekből következtetések vonhatóak le a vizsgált biológiai rendszer viselkedésére vonatkozóan (Berényi et al. 1997, Földes et al. 2003). Néhány évtizeddel ezelőtt a növény-víz kapcsolatot főképpen rész-folyamatonként, elemeiben vizsgálták. Ezek a gyökér vízfelvétele, annak továbbítása a párologtató felülethez, majd a levélen keresztül zajló transzspiráció. A téma irodalma felsorolhatatlanul bőséges (Ketelapper 1963, Kanemasu 1969, Lange et al. 1976, Jarvis és Mansfield 1981, Monteith 1973, 1976, Monteith et al. 1990 stb.), esetenként részletesen taglalva a mérések hiba-lehetőségeit is (Johnson 1981, Norman et al. 1981, Meyer et al. 1985, McDermitt 1990 stb.). Valószínűleg a mérési hiba vezethetett el a talajnövény-légkör rendszer együttes viselkedésének vizsgálati igényéhez, mely nem is annyira a közelmúltban került a középpontba (Shawcroft et al. 1974, Norman 1979, Goudriaan and van Laar 1994, Bouman et al. 1996), bár igazi reneszánszát az energetikai alapú közelítésekkel, a modellezés elterjedésével egyidejűen éli. A rendszer-szemlélet elterjedésével az élőlényeket környezetükkel egységben kell szemlélni, ismerve az abból történő kiszakítás minden lehetséges negatív következményét (Brisson et al. 2003, Pronk et al. 2007). A rendszer-szemlélet fontosságának felismerése ellenére a növény-víz kapcsolatok elemzésének többsége mind a mai napig a rendszer két végpontjára koncentrálódik: vagy a talajból történő vízfelvétel (pl. Jackson et al. 2000, Novak et al. 2005), vagy a víz leadása, a transzspiráció áll az elemzések homlokterében (pl. Langensiepen et al. 2009). Ritkábban találunk áttekintést a víz növényen belüli szállításáról, azokról a változásokról, amelyek a szárban játszódnak le. Ennek oka talán az is lehet, hogy a víz növényen belüli szállításának pontos meghatározása óta - a vízpotenciál megfogalmazása - ismerjük, hogy az nem igényel külön energia befektetést a növény részéről; a talaj és a légkör közt állandóan fennálló vízpotenciál különbség az, ami a folyamatot fenntartja (Sutcliffe 1984). Elemzésünkben a hajtásban történő víz szállítását vettük újra górcső alá, melynek aktualitást a növény-víz kapcsolatban eddig alig használt új eljárásban, az MRI-ben rejlő lehetőség adott.
