Az utóbbi időben a globális klímaváltozás következtében fellépő egyre nagyobb mértékű stresszhatások miatt évről évre komoly termésveszteségekkel kell szembesülniük a gazdálkodóknak, és nagyon sok erőfeszítést, valamint komoly szakmai felkészültséget igényel a megváltozott feltételekhez történő alkalmazkodás.
Ez még a szabadföldi termesztésnél nagyobb termésbiztonságot kínáló növényhajtatásra is igaz, ahol a környezeti tényezők szabályozására jóval több lehetőségünk van. Ebben a termesztési módban növényeink víz- és tápanyagellátása nagyon precízen kivitelezhető, különösen a hazánkban is már nagyon széles körben elterjedt talaj nélküli termesztési mód alkalmazásával.
De a hőmérséklet és a globális besugárzás növekedése a zöldséghajtató kertészeket is nagy kihívás elé állítja. Fokozottan igaz volt ez a 2024-es év nyarára, amikor is az OMSZ adatai alapján az országos átlaghőmérséklet 23,8 °C volt, ami 2,7 °C-kal haladta meg az 1991–2020-as időszak átlagát és 0,76 °C-kal a korábbi rekordot. Ez utóbbi sem volt éppen nagyon régi eredmény, 2022-ből származott. A legfontosabb zöldséghajtató körzeteink többségét magában foglaló csongrád-csanádi, nyugat-békési, dél-bács-kiskuni térségben pedig a legtöbb helyen a 25 °C-ot is meghaladta a tavalyi nyár átlaghőmérséklete, ami már a trópusi klímákra jellemző érték. Ennek következtében a viszonylag kedvező tavaszi időjárás mellett még nagyon jól induló és kiemelkedő termésátlagokkal kecsegetető állományok a nyár második felére legyengültek, és a terméseredmények jócskán elmaradtak az idény eleji várakozásoktól.
A növényi stressz ismerete és kezelése meghatározó jelentőségű a modern termesztési tevékenységben. Ennek megfelelően a MATE képzéseiben is hangsúlyosan megjelenik ez a témakör. Már az alapképzések növény élettani tárgyaiban is vannak csak külön a stresszélettannal foglalkozó előadások, hogy azután például a Növényorvos MSc képzésben két teljes tárgy is ennek legyen szentelve. A növényi biotikus és abiotikus stresszek élettana inkább elméleti, míg az abiotikus stressz okozta elváltozások inkább gyakorlati oldalról közelíti meg ezt a problémakört.
De tulajdonképpen mit is értünk növényi stressz alatt?
Ezt a szót 90-100 évvel ezelőtt még csak a fizikusok, geológusok és építészek használták a nyomás és a feszültség szinonimájaként. Mint az ELTE növényélettan professzorának, Szigeti Zoltánnak 2018-ban a Botanikai Közleményekben megjelent áttekintő tanulmányából is megtudhatjuk, e fogalomnak az élő szervezetekre, először emberekre és magasabb rangú állatokra, majd később a növényekre is történő alkalmazását egy magyar származású orvos kutatónak, Selye Jánosnak köszönhetjük. Selye 1936-ban, mindössze 29 évesen a Nature című folyóiratban tette közzé erről szóló elméletét, miután kutatásai során megfigyelte, hogy az emberi sejtek alkalmazkodási válaszai, reakciói mennyire egyöntetűek, függetlenül az ezt kiváltó tényezőtől.
Közleményében Szigeti az alábbi definíciót javasolta a növényi stressz meghatározására. „A stressz az a fiziológiai állapot, amelyben a növények növekedése, fejlődése és szaporodása az optimális alkalmazkodás tartományán kívül, a fokozott környezeti terhelés miatt a genomban meghatározott lehetőségek alatt marad.” Tehát a stressz környezeti tényezők által kiváltott olyan helyzet, amikor a növény teljesítménye elmarad a genetikai potenciáljától. A növénynek ezt az állapotát a stresszor (környezeti hatótényező) idézi elő.
Hogyan alakul ki a hőstressz?
A növények autotróf szervezetek, vagyis a napsugárzás energiáját felhasználva képesek vízből, szén-dioxidból és ásványi anyagokból felépíteni teljes szervezetüket. Az evolúció során elsősorban a levelek alakultak ki arra a célra, hogy minél nagyobb hatékonysággal elnyeljék a fényt. Ugyanakkor ennek az elnyelt energiának csak 1–3%-a hasznosul a fotoszintézis során, a többi fény formájában távozik (ez a fluoreszcencia jelensége), vagy hővé alakulva felmelegíti a levelek szöveteit.
A túlmelegedés ellen a növények hőleadással védekeznek, melynek három különböző módja van. A hosszú hullámú sugárzással csak viszonylag kevés hőtöbblettől tud megszabadulni a növény, ennek a folyamatnak inkább éjszaka van nagyobb jelentősége. A környező hidegebb levegő felé hővezetéssel, konvekcióval történő hővesztést hatékonyabbá teheti légmozgás jelenléte, ami termesztőberendezésekben korlátozottabb, mint szabadföldön. Valamint általában a környező levegő is melegebb.
A harmadik, a legnagyobb energiaveszteséggel és így hőleadással járó folyamat a párologtatás, idegen szóval transzspiráció. Ez a párolgással, az úgynevezett evaporációval ellentétben nem pusztán egy olyan folyamat, melyet a fizika törvényei teljes mértékben meghatároznak, hanem növényélettani, melyet maga a növény szabályoz. A transzspiráció során a víz folyadék halmazállapotúból gőzzé válik, ami rengeteg energiát igényel, és így lehűti a levelet, valamint annak környezetét. A vízpára a légcserenyílásokon keresztül távozik. Ezeknek az úgynevezett sztómáknak a környékén a levegő gyorsan víztelítetté válik, amelybe már nem lehet további vizet elpárologtatni.
De a légmozgás, a szél gyorsan eltávolíthatja ezt a telített légréteget, ezzel fokozva a párologtatást, ebből ered a szél jól ismert szárító hatása. A hatékony párologtatásnak természetesen alapfeltétele az, hogy elegendő mennyiségű víz álljon rendelkezésre, és hogy nyitva legyenek a sztómák. A megfelelő vízellátás folyamatos biztosítása korszerű hajtatási körülmények között nem szabad hogy problémát okozzon. A sztómák viszont 35 °C-os léghőmérséklet fölött általában elkezdenek bezáródni, ami természetesen tovább fokozza a levelek túlmelegedésének folyamatát.
A növekvő, aktív állapotú növényi szövetek általában maximum 45 °C-os hőmérsékletet viselnek el. Amennyiben a szövetek hőmérséklete tartósan e fölé kerül, akkor visszafordíthatatlan károsodást szenvednek el, megégnek. E helyütt még érdemes megjegyezni, hogy a hőmérséklet olyan környezeti tényező, melynek úgynevezett optimumgörbéje nem szimmetrikus. Az optimálisnál magasabb tartományban nagyobb mértékben esik vissza a növények teljesítménye egységnyi hőmérsékletváltozás hatására, mint az annál alacsonyabb hőmérsékleten.
Milyen hatással jár a hőstressz a növény szervezetére nézve?
Röviden szólva először csökkent mértékű növekedést, majd a szervek károsodását, végül azok elhalását okozza. Természetesen a növényélettani szakkönyvek ennél jóval részletesebb felsorolással szolgálnak a hőstressz hatására fellépő káros folyamatokról. Ezek közül a csökkenő csírázási és kelési százalék, valamint a termésekben képződő magok minőségének, életképességének csökkenése kevésbé lényeges a zöldséghajtatás szempontjából. A növények a párologtatás fokozásával, a levelek elforgatásával (lásd a bab példáját), a levelek pödrődésével próbálják elkerülni a túlhevülést, a levelek visszafordíthatatlan károsodását és azok lehullását, elvesztését.
Magasabb hőmérsékleten az ízközök hosszabbak lesznek, a szár megnyúlik. Jellemzőek a virág- és termésképzési zavarok, a virágok és a terméskötések elrúgása. A paradicsom például lehullajtja a virágait, ha a léghőmérséklet 4 órán keresztül folyamatosan magasabb, mint 40 °C. A már fejlődésnek indult termések is károsodnak, a levelekkel ellentétben nincsenek légcserenyílásaik, így könnyebben megégnek, különösen a sötétebb színűek. Végeredményben a hőstressz gátolja a növekedést, ezzel csökkenti a biomassza-produkciót, korábbi öregedést és alacsonyabb termésátlagot okoz.
Hogyan változnak meg az anyagcsere-folyamatok hőstressz hatására?
Az előző bekezdésben leírt, a termesztők által is jól nyomon követhető jelenségek sejtszintű folyamatok kifejeződései. A növényélettani ismeretek elmúlt 2-3 évtizedben tapasztalható ugrásszerű bővülésének köszönhetően ezek a folyamatok ma már elég részletesen ismertek, így megvan a lehetőség arra, hogy szükség esetén a nemesítők kifejezetten hőtoleráns fajtákat nemesítsenek, vagy hogy az érintett cégek elsősorban a hőstressz hatásait ellensúlyozó biostimulátorokat fejlesszenek ki.
Ami iskolai tanulmányai alapján mindenkinek elsőre eszébe szokott jutni a magas hőmérséklet káros biokémiai hatásairól az az, hogy a fehérjék szerkezete károsodik. Így az enzimfehérjék kicsapódnak, aminek következtében felborul az anyagcsere, reaktív oxigéngyökök képződnek, melyek sejtkárosodást okoznak. E kedvezőtlen változások hatására a génkifejeződés átalakul, a növények egyre nagyobb mértékben kezdenek el úgynevezett hősokkfehérjéket előállítani. Ezek fő funkciója a többi „normál” fehérje térszerkezetének helyreállítása, kicsapódásuk késleltetése, szállításuk elősegítése.
Érdemes tudni, hogy a szintén kulcsfontosságú sejtmembránok már az enzimekénél alacsonyabb hőmérsékleten elkezdenek károsodni. Szerkezetük kialakításában fehérjék, szénhidrátok és zsírsavak vesznek részt, és ez utóbbiak folyékonyabbá válnak a hőmérséklet emelkedésével (lásd a hűtőből kivett kacsazsír példáját), aminek következtében kisebb hatékonysággal tudják betölteni funkcióikat. A membránok károsodásának következtében csökken a fotoszintetikus aktivitás, ami a hőstressz egyik legjellemzőbb növényélettani hatása.
A hőstresszre adott válaszok az adott faj hőoptimumát 5 °C-kal meghaladó hőmérsékleten már elindulnak. A növény képes a membránokat átalakítani több telített zsírsav beépítésével, így fokozva azok szilárdságát magasabb hőmérsékleten. Az élettani funkciók megtartása érdekében ozmotikumok (a vízfelvétel fenntartását segítik) és antioxidánsok (a káros reaktív molekulák közömbösítését végzik) szintetizálódnak a szokásosnál nagyobb mértékben. Mint már szó volt róla, megváltozik a génkifejeződés, és ezenkívül még a hormonok szintje is. Csökken az auxin-, a citokinin- és a gibberellinkoncentráció, míg növekszik az abszcizinsav, az etilén, a jázminsav, a szalicilsav és a brasszinoszteroidok mennyisége.
A stressz következtében a növények számos olyan anyagot szintetizálnak, és folyamatot indítanak be, amelyet optimális körülmények között nem tennének, legalábbis messze nem ilyen mértékben. Ezzel ugyan kikerülnek az eredeti egyensúlyi állapotukból, az úgynevezett homeosztázisból, de csak így tudják csökkenteni a stressz káros hatásainak mértékét. Ez természetesen rengeteg plusz energiát igényel, és amennyiben a stresszhatás huzamosabb ideig fennáll, akkor a növények kimerülnek, legyengülnek, és nem tudnak kellő mértékben regenerálódni.
A természöldségek esetében a legprofibb hazai hajtatókertészeknél már teret nyert az a Hollandiából származó szemléletmód, hogy nem szabad a nagyobb korai terméshányad biztosítása érdekében korán leterhelni a töveket, hanem előbb egy jó erős növényt kell kialakítani, és majd utána azon meghagyni sok termést. A teherbíró, stramm tövek sokkal jobban ellenállnak a stresszhatásoknak, így a hőstressznek is, mint azok, amik már korán leterhelődnek és legyengülnek.
Mit tudunk tenni zöldséghajtatásban a hőstressz ellen?
Erre a kérdésre elvileg pofonegyszerű a válasz, valahogy csökkenteni kell a hőmérsékletet. Ezt termesztőberendezésekben, szabályozott körülmények között meg lehet valósítani, míg szabadföldi termesztésben nem igazán. Egy korszerű növényházban lehet alacsonyabb léghőmérsékletet biztosítani a környező levegőénél.
Az első, amiről e témában érdemes említést tenni, az maga a termesztőberendezés. Jól ismert tény, hogy minél nagyobb egy ilyen berendezés fajlagos légtérnagysága, tehát az egy alapnégyzetméterre jutó légtérfogat, annál nehezebben melegszik fel. Ugyanakkor éjszaka annál nehezebben is hűl le. A másik paraméter, amiről szólni kell, az a határolófelület fajlagos nagysága, vagyis hogy egységnyi légtérfogatra mekkora határolófelület, a borítóanyag hány négyzetmétere jut.
A természetben számos példát láthatunk arra, elég, ha csak a különböző szélességi körökön élő pingvinfajok testméretét említjük, hogy meleg környezetben a nagyobb fajlagos határolófelület, míg hidegben a kisebb nyújt jobb hőgazdálkodást. Ezért is van az, hogy míg Hollandiában, Lengyelországban vagy akár hazánkban is az egész éves termesztést szolgáló berendezések egyre nagyobb méretűek, addig a trópusi térségekben általában kisebb, rövidebb házakkal találkozhatunk, amik ezáltal persze könnyebben át is szellőztethetők.
Tehát hazánkban felmerülhet a dilemma, hogy melyik időszakra érdemes optimalizálni a termesztőberendezést, télre vagy nyárra? Én azon a véleményen vagyok, hogy a fűtött, egész évben használt házak esetében, már csak energiatakarékossági megfontolásokból is, mindenképpen a télre, nyáron pedig minden más megoldást be kell vetni a belső hőmérséklet csökkentése érdekében. Fűtetlen berendezések esetében viszont az elmúlt nyarak tapasztalataiból kiindulva talán ideje lenne átgondolni azokat a technikai megoldásokat, amik korábban még a korai terméshányad mindenáron való növelését hajszolva alakultak ki.
A termesztőberendezés helyes megválasztásán túl nagyobb szerepe lesz az árnyékolásnak is. Ez persze kétélű fegyver, mert ha túl nagy mértékben alkalmazzuk, akkor lehet ugyan, hogy alacsonyabb lesz a hőmérséklet, de közben korlátozzuk növényeink fotoszintetikus teljesítményét és ezáltal a terméseredményeket. A belső légtér hőmérséklet-csökkentésének legjobb eszköze maga a növény, ami párologtatása által nemcsak önmagát, hanem környezetét is lehűti. Ehhez nagyméretű és egészséges lombozat, megfelelő mértékű vízellátás és az szükséges, hogy valahogy csökkenteni tudjuk a párologtatás következtében megnövekvő páratartalmat; egyszerűbb módon szellőztetéssel vagy a legkorszerűbb berendezések esetében különböző párakivonási eljárásokkal.
Hasonló alapelven, a növényektől függetlenül, párásító szórófejek alkalmazásával is tudjuk csökkenteni a hőmérsékletet. Több szempontból is fontos a szellőztetés hatékonyságának növelése, és itt nem csak a ventilátorok, a rásegítéses szellőztetés alkalmazására gondolok. Valószínűleg világszinten is egyre nagyobb teret fognak nyerni azok, a sajnos plusz beruházást igénylő műszaki megoldások, pl. a 90° helyett 135°-os szögben álló oldalfalak vagy az alsó oldalszellőzők és a tetőszellőzők együttes alkalmazása, amelyek bizonyítottan jobb átszellőzést eredményeznek. Végül elvi lehetőségként meg kell említenünk a hazánkban egyelőre még nem nagyon használt aktív hűtési módszerek, például hűtőfalak vagy hőszivattyús megoldások alkalmazását.
Milyen termesztési módszereket tudunk bevetni a hőstressz kialakulásának elkerülésére?
Itt mindenekelőtt az optimális vízellátás biztosítását kell megemlíteni. Erre a modern termesztőberendezésekben minden lehetőség adott, fejlett öntözési technika alkalmazásával. Lényeges, hogy az öntözésvezérlés lehetőleg minél több objektív adaton, és ne kizárólag meteorológiai jellemzőkön, hanem növényi paramétereken is alapuljon. A már elterjedten alkalmazott növénytömegmérés mellett a teljesség igénye nélkül megemlíthető még a lombfelszín-hőmérséklet, a szárátmérő, a nedváramlás vagy éppen a sztómakonduktancia nyomon követése.
Növekvő népszerűségű a stresszkezelő biostimulátorok alkalmazása. Olyan anyagokat juttatunk ki velük, amelyeket a növények maguk is termelnek stresszválaszként, ezzel némileg tehermentesítve őket. A biostimulátorokkal természetesen nem tudjuk megszüntetni magát a stresszfaktort, jelen esetben a túlzottan magas hőmérsékletet, de tudjuk csökkenteni a káros hatás mértékét. A konkrét biostimulátor kiválasztása azonban alapos tájékozódást igényel, vannak olyan stresszkezelők ugyanis, amelyek hatásosabbak a hideg-, mint a hőstressz ellen. Végül említsük meg még azt is, hogy lehetőség van az átlagosnál hőtoleránsabb, hőtűrőbb fajták kialakítására, amennyiben ez a fő nemesítési cél egy nemesítési programban.
SZERZŐ: OMBÓDI ATTILA • MATE KERTÉSZETTUDOMÁNYI INTÉZET
