200 likes | 272 Views
Biotikus-, oxidatív és egyéb stresszek és a stresszorok együttes hatásai. Batári Orsolya III. Biológia-környezetvédelem. 1, Biotikus stresszek:.
E N D
Biotikus-, oxidatív és egyéb stresszek és a stresszorok együttes hatásai Batári Orsolya III. Biológia-környezetvédelem
1, Biotikus stresszek: A növényeknek a károsító organizmusok hatásaival szembeni ellenálló képessége is létfontosságú túlélésük szempontjából. Az ilyen hatások, amelyek a rovarok, csigák vagy magasabbrendűek által okozott rágástól a mikroorganizmusok okozta fertőzésekig terjednek, a növény számára stresszt jelentenek, stresszreakciókat váltanak ki.
Nem gazda kapcsolat: Faj szintjén definiált. Gazda kapcsolat: Alfaj szintjén definiált. -kompatíbilis -inkompatíbilisek A mikroorganizmusok és a növények viszonya:
Biotikus stresszek: • Konstitutív védekezés • Indukált védekezés • Felismerés és specifitás
A, Konstitutív védekezés: E néven foglaljuk össze azokat a preformált akadályokat, melyek egy növényben már a fertőzés előtt léteznek. Ilyenek a strukturális barrierek, melyek a kórokozók továbbjutását gátolják.
Strukturális barrierek (akadályok) • A sejtfalak koruktól és a sejttípustól függően lignint tartalmaznak, ami fenilpropán egységek hálózatát jelenti és ezért hatékony akadályként funkcionál, mivel ez a polimer nehezen bontható.(számos gomba azonban celluláz-, pektináz- és hemicelluláz-enzimeinek sejtfalbontó képességét felhasználva át tudnak hatolni rajta.) • A növények leveleit sokszor vastag víztaszító kutikula fedi, ez is gátolja a kórokozók bejutását.(bár egyes kutinázt termelő kórokozók ezt is el tudják bontani.)
Nem strukturális akadályok: Egyes anyagok vagy a kórokozó által termelt hidrolitikus enzimet inaktiválják vagy antibiotikus hatásúak. Ezeket az anyagokat anticipineknek nevezzük. Előfordulnak köztük: -cianogén glikozidok -terpenoidok -fenolos vegyületek(egyszerű fenolok, kumarinok, flavonoidok, komplex fenol-polimerek:tannin és lignin.) -hidroxámsavak -antimikrobiális magproteinek(tionin, zeamatin, defenzin)
B, Indukált védekezés: A kórokozók a növényekben képesek aktiválni olyan strukturális és biokémiai barriereket is, amelyek a kórokozót magát a behatolás helyén blokkolják vagy elpusztítják.Az indukált szöveti struktúrák kialakulását jelenti a: -ligninképződés -papillák képződése -hidroxiprolinban gazdag sejtfal glikoproteinek megjelenése.
A sejtfal kórokozó behatolását akadályozó funkciójának több magyarázata: • A lignin a sejtfal mechanikus erősítése révén akadályozza a behatolást. • A lignin víztaszító hatása következtében a patogén által termelt enzimek vagy toxinok továbbhaladása gátlódik. • A polimerizálatlan lignin előanyagok, mint pl.: a koniferilalkohol mérgező hatású a gombákra, tehát a behatoló gombát ez az anyag gátolná, még mielőtt a mechanikai akadály kialakult volna. • Az a lehetőség is fennáll, hogy a behatoló gomba sejtfala is szubsztrátjává válik a lignifikálódásnak, és így a gombahifa maga is lignifikálódik.
Hiperszenzitív reakció: Az indukált védekezési mechanizmusok között a legfontosabb. A lényege az, hogy a fertőzés helyén a sejtek gyorsan elpusztulnak, ami a behatoló kórokozó továbbterjedését megállítja. A kezdeti változások egyike az ionpumpák aktiválódása, amit a fokozott H-influx és K-efflux jelez. Jellemző továbbá a szuperoxid anion gyökök megjelenése, mely gyökök a sejtekre nézve igen toxikusak.
Indukált barrierek: • Fitoalexinek: több száz antimikrobiális hatású anyagot sorolunk ide, melyek többsége terpenoidok, poliacetilének, fenolos vegyületek közül kerül ki. Ezeknek az anyagoknak a szintézise legtöbbször közvetlenül a kórokozó behatolási helyén, vagy a legerőteljesebb terjedése helyén történik. Pontos mechanizmusuk még nem ismert. • Indukált proteinek: PR protein néven ismertek. Funkciója még nem ismert. Szerepe van a növényi rezisztenciában, de ezt még kutatják.
C, Felismerés és specifitás: • Általános felismerés: a patogén felismerése a növény által az anyagokon alapul, melyek a patogén-növény kölcsönhatásban felszabadulnak. Ezeket az anyagokat elicitoroknak nevezzük, melyek a rezisztenciamechanizmusok induktorai. Kétféle elicitort különböztetünk meg: -patogénrassz-aspecifikus -specifikus.
C, Felismerés és specifitás: • Specifikus felismerés: A nemgazda rezisztenciával szemben egy valódi gazda-patogén kölcsönhatás felismerésének specifitása igen nagy lehet. Számos gazda-parazita kölcsönhatásban a specifitás a növény rezisztenciagénje és a kórokozó avirulencigénje közötti kapcsolaton alapul. Rezisztens kölcsönhatás csak akkor következik be, ha a növényben egy domináns rezisztenciagén a patogénben meglévő megfelelő avirulenciagénnel együtt hat. Betegség akkor lép fel, ha a kórokozó a rezisztenciagént meg tudja kerülni, amennyiben a megfelelő avirulenciagénnel nem rendelkezik.
2, Oxidatív stresszek: Csaknem valamennyi stresszor a növényben végső soron a sejten belüli redoxállapotot változtatja meg, illetve az anyagcserét oxidatív irányba tolja el. Ezért a különböző stresszeket kísérően a növények oxidítív stresszt is elszenvednek. Ugyanakkor a növényt a környezetéből közvetlenül is érheti oxidatív stresszt okozó hatás.
2, Oxidatív stresszek: Az oxigén a légkörben nem reaktív formában(O2) fordul elő, ami fizikai vagy kémiai úton aktiválható. Ez az aktiválás nemcsak a környezetben, hanem közvetlenül magában a növényben is végbemegy. Ennek következtében olyan aktív, igen reakcióképes oxigénformák képződnek, melyek a növények életfunkcióit károsíthatják, a növény számára oxidatív stresszt okoznak. A leggyakrabban előforduló aktív oxigénformák: -szinglet oxigén (¹O2) -hidroxilgyök (OHº) -szuperoxid aniongyök (O2º¯) -hidrogénperoxid (H2O2) Az oxigén növénybeli aktiválásának leggyakoribb helye a kloroplasztisz, ahol a fotoszintetikus oxigéntermelés miatt a legnagyobb az oxigénkoncentráció.
A kloroplasztiszban lezajló folyamatok: • 1. rész:a klorofill gerjesztésének útja, a fotoszintézisben való részvételének folyamatai, a triplet klorofill spontán kioltásának lehetőségei. • 2. rész:a triplet klorofillnak a molekuláris oxigénnel való reakciója, a sziglet oxigén generálása, a klorofill oxidációja • 3. rész:a karotinoidok lehetséges védőszerepének útja, köztük az epoxidképződés lehetősége, ami a violaxantin működését jelenti. • 4. rész: a szuperoxid aniongyök képződésének reakciói, valamint eliminálásának spontán, illetve a szuperoxid-dizmutáz enzim által katalizált reakciók. • 5. rész: az aszkorbát-glutation cikus komponenseinek, enzimeinek működése.
3, Egyéb stresszek: • Vízzel való elárasztás: különösen a föld alatti szervekbenokoz oxigénhiányt, amit egy posztanoxiás állapot követ. • Sóstressz: az ozmotikus vízmegkötés és egye specifikus ionhatás révén terheli meg a növény anyagcseréjét. A Na és Cl- ionok feleslege felborítja a sejtek ionegyensúlyát, ugyanakkor egyes enzimekre, illetve membránokra is hat. Mindezek következtében a fotoszintézis intenzitása csökken, a légzés gátlódhat, de serkentődhet is, a növekedési folyamatok pedig lelassulnak.
4, Stresszorok együttes hatásai: A stresszhatások nemcsak önmagukban érhetik a növényeket-sőt talán ez a ritkább-hanem egymással kombináltan is. Együttes hatások: -szinergista: az okozott stressz erősebb. Pl.: az alacsony hőmérséklet és a nagy fényintenzitás. -antagonista: az egyik stresszor csökkenti a másik hatását. Pl.: hideg és szárazság.
Stressztűrőképesség fokozása génátvitellel: • Az extrém környezeti stresszek közt élő növény felkutatása. • A szervezet vizsgálata stressz nélküli és stresszelt állapotban. • A stressztoleranciát biztosító gén izolálása és klónozása. • A géntermék jellemzése prokarióta modellrendszerben. • A gén bevitele növényi rendszerbe és stresszhatás alatti tanulmányozása. • A gén bevitele a kultúrnövénybe és szabadföldi kísérletek elvégzése.