Agroinform - Mezőgazdaság percről percre

A kalászos gabonák – mint a búza, árpa, rozs, rizs, zab – globálisan az egyik legnagyobb területen termesztett szántóföldi növénycsoportot alkotják. Sok ezer éve elindult termesztésük komoly szerepet játszott a földművelő életmód kialakulásában. A búzát és árpát i.e. 9000 körül kezdték termeszteni a Termékeny Félhold térségében (a mai Egyiptom és Irán közötti területen), ahol a csapadékos téli és száraz nyári klíma, valamint a termékeny vályogtalajok ideális feltételeket biztosítottak az egyéves kalászosok számára. A rozs eredetileg gyomnövényként jelent meg a búza és árpa táblákban, majd hidegtűrésének köszönhetően az északabbra fekvő, hűvösebb klímájú európai területeken vált jelentős kultúrnövénnyé. A zabot még később fogták termesztésbe, elsősorban a nedvesebb és hűvösebb atlanti éghajlatú vidékeken terjedt el, különösen Észak-Európában.

Élettani és ökológiai alkalmazkodóképességük ellenére a kalászosok természetesen nem immunisak a kedvezőtlen környezeti stresszhatásokkal szemben. Az éghajlati krízis, a növekvő átlaghőmérséklet, a csapadékeloszlás időbeni kiszámíthatatlansága, a talajok fizikai és biológiai állapotának romlása mind hozzájárulnak ahhoz, hogy a kalászosok egyre gyakrabban és erősebben szenvedjenek stresszhatásoktól. Az elmúlt években szerzett, és várhatóan az idei tapasztalatok különösen figyelmeztetőek: Magyarország számos térségében tapasztaltak súlyos aszályt, amely bizonyosan jellemző lesz és súlyosbodni fog a következő évtizedekben.

A modern mezőgazdaságban egyre nagyobb szükség van arra, hogy a gazdák ne csupán utólag szembesüljenek a stressz hatásaival, hanem ha lehet, előre tudják azokat jelezni, és a növények védekezését időben támogatni tudják. A stresszélettani kutatások és azok gyakorlati alkalmazása ebben nyújtanak segítséget, amihez ez az írás is hozzájárulni kíván.

A leggyakoribb (abiotikus) stresszhatások

Aszály: egyértelműen a legkomolyabb kihívás. Különösen a vegetatív növekedés (bokrosodás), valamint a kalászolás és virágzás időszakában jelent kritikus kockázatot.
Hőstressz: már 30–32 °C feletti nappali hőmérsékleten károsító hatások lépnek fel. A pollen sterillé válik, a megtermékenyülés elmaradhat, és lerövidül a szemek kitelítődésének időbeli lehetősége. A hősokk hatása kumulatív, tehát nem csak a maximum hőmérséklet, hanem a hőhullám tartama is számít.
Sóstressz: különösen az Alföld szikesedő, pangóvizes vagy helytelenül öntözött területein jellemző. A magas nátrium- és kloridion-koncentráció ozmotikus stresszt okoz, így gátolja a vízfelvételt. A növények tápanyaghiányos tüneteket mutatnak, még akkor is, ha a tápanyagok a talajban jelen vannak.
Tápanyaghiány: a N, P, K hiánya egyaránt csökkenti a növekedést, és rontja a stressztűrést. A mikroelemek – különösen a Zn és a B – hiánya szintén előidézhet rendellenes fejlődést, virágzási zavarokat.
Tömődött, leromlott szerkezetű talaj: nem közvetlen kémiai stressz, de mivel gátolja a gyökérnövekedést és a víz beszivárgását, fokozza az aszály- és sóstresszt, valamint a tápanyaghiányt. Ez különösen az intenzíven művelt területeken jellemző.

A stresszhatások élettani következményei

A környezeti stressz számos élettani folyamatot módosít. A stressz hatására gyakran megváltozik a gyökér-hajtás arány. Aszály esetén a növény több forrást irányít a gyökérzetbe, míg hőstressz esetén a gyökérnövekedés is gátlódhat. A hajtásnövekedés lelassulása, csökkent levélfelület, a reproduktív fejlődés gátlása vagy korai virágzás, így a kalászok számának és méretének csökkenése, a szemek kitöltetlensége, a magok sterilitása, az alacsony hektolitersúly gyakori következmény. A magok szénhidrát-tartalmának erős csökkenésével párhuzamosan a nitrogén-fehérje aránya emelkedhet szárazságstressz hatására.

A vízhiányra a növény az abszcizinsav (ABA) növényi hormon szintjének emelkedésével reagál, ami a sztómák zárásán keresztül csökkenti a transzspirációt és a CO2-felvételt. Az ABA a gyökerekben termelődik és a szállítószövetben jut el a levelekig.

A sztómák zárása csökkenti a tápanyagfelvételt, illetve visszaveti a fotoszintézis intenzitását, ami a hozam alapjául szolgáló szénhidrát-termelést is természetesen korlátozza. Zárt sztómák esetén a fotoszintetikus pigmentek által becsatornázott fényenergia nem tud kémiai szintézisben hasznosulni, ezért reaktív oxigénformák (ROS) halmozódnak fel, ami oxidatív stresszt okoz, azonnal károsítva a sejtmembránokat (lipidperoxidáció), a klorofillt, az enzimrendszereket (a klorofillok és a Rubisco enzimek károsodása hosszabb távon is a fotoszintetikus produkció csökkenéséhez vezet) és az örökítőanyagot is.

A növény antioxidáns enzimek szintézisével és aktivitásának növelésével próbálja pl. ellensúlyozni ezt: például. a szuperoxid-dizmutáz, a kataláz vagy az aszkorbát-peroxidáz játszik ebben jelentős szerepet. Emellett egyéb anyagcseretermékek, pl. cukrok és aminosavak, pl. a prolin, glicin-betain vagy a glutationtartalom emelkedése és a poliaminok mennyiségének és arányának változása is növelheti a rezisztenciát, az ozmotikus egyensúly helyreállításával (sejt vízpotenciál csökkentése) és az oxidatív hatások kioltásával. A fehérjék/enzimek, membránok és nukleinsavak sokféle stressz hatására bekövetkező szerkezeti és funkcionális sérüléseit a kalászos növények egy egész sor újonnan szintetizálódó ún. hősokkfehérjével és dehidrin fehérjével csillapíthatják.

Az abiotikus stresszek általában sokkal komolyabb hatást fejtenek ki a növényre, mint a biotikusak, a növény saját túlélése szempontjából több erőforrást fordít az ellenük való védekezésre. Ez a tendencia hormonálisan is szabályozott: a környezeti stresszek esetén felszabaduló abszcizinsav gátolja a kórokozók elleni védelmet irányító jázmonsav vagy szalicilsav szintézisét. Ennek következményét bárki megtapasztalhatja, amikor egy stresszelt, legyengült állományt könnyebben megtámadnak a kórokozók is.

kalászosok

A környezeti stressz számos élettani folyamatot módosít – fotó: pexels.com

Búza: specifikus stresszhatások és válaszreakciók

A búza hazánk legnagyobb területen termesztett szántóföldi kultúrája, ebből következően a búza gyakori és intenzíven vizsgált kísérleti növény. Ráadásul hazánkban komoly hagyománya is van a termesztett gabonafélék stresszélettani vizsgálatának.

A búza különösen érzékeny a virágzáskori hősokkra, a szemkitelítődés alatti aszályra, valamint a sófelhalmozódással és tápanyagellátással kapcsolatos stresszhelyzetekre. Kutatások szerint a virágzáskori 32 °C feletti hőmérséklet már jelentős pollensterilitást okoz, ami terméskiesést eredményezhet. Ígéretes lehet az ún. „stay-green” fajták alkalmazása, amelyek tovább fenntartják fotoszintetikus aktivitásukat a zászlóslevélben és a kalászokban, így még stresszkörülmények között is biztosítják a szemek tápanyagellátását.

A búza egyik jellemző védekezési mechanizmusa a szárban felhalmozott szénhidrát tartalékok mobilizálása és kalászba történő szállítása annak kitöltése során („stem reserve remobilization”), ami különösen száraz időszakokban jelent kulcsfontosságú túlélési stratégiát (akár a kalász tartalékainak felét is biztosíthatja). A genotípusok között jelentős különbségek vannak e tulajdonságban, amit a nemesítés során már figyelembe vesznek.

Fontos megemlíteni a gyökérrendszer szerepét is: a mélyebb és sűrűbb gyökérzetű fajták jobban hasznosítják a talajnedvességet a mélyebb rétegekből, kutatások szerint a fejlettebb gyökérrel rendelkező típusok stressz alatt is jobban teljesítettek.

Hogyan ismerjük fel időben a stressz jeleit a táblában?

A stressz hatásainak időben történő felismerése kulcsfontosságú a védekezés sikeréhez.

A következő tünetek segíthetnek:

Aszály esetén a levelek hirtelen felpöndörödnek (csökkentve a párologtató felületet), színük szürkés árnyalatúvá válik, és gyakran napközbeni hervadási tüneteket mutatnak.
Hőstressz esetén a virágzás elmarad, a kalász steril lehet, illetve az állomány gyors érésbe fordul.
Sóstressz tünete a levélperemek elszíneződése, perzselődése, valamint a növények mozaikos kinézete.
Tápanyaghiány esetén a növények satnyák, levélszínük sápadt, a bokrosodás gyenge.

A modern technológiák, multi- és hiperspektrális térképezés, talajtérképezés, nedvesség/tápanyag/fizikai-kémiai talajszenzorok és a talajok biológiai térképezése lehetővé teszik, hogy a gazdák időben beavatkozhassanak, például célzott öntözéssel, lombtrágyázással vagy biostimuláns kijuttatással.

Védekezési lehetőségek: élettani és agrotechnikai támogatás

A növények természetes védekező mechanizmusai mellett fontos szerepet kap a termesztéstechnológia és az inputanyagok alkalmazása. A következő módszerek lehetnek eredményesek:

Vetési idő optimalizálása: a túl korai vagy késői vetés növeli annak esélyét, hogy a kritikus fenológiai fázisokat stressz éri. A fenológiai modellezés segítségével a virágzás várható időpontja előre jelezhető.
Tőszám és sor/tőtáv szabályozása: túl sűrű állomány fokozza a versengést és stresszre való hajlamot. Alacsonyabb tőszámmal és szélesebb sortávval mérsékelhetők ezek a hatások.
Talajművelés, takarónövények alkalmazása: a talaj fizikai és biológiai állapotának javítása révén nő a vízmegtartó képesség és a gyökérfejlődés lehetősége. A sekély művelés és szármaradvány-takarás csökkenti a párolgási veszteségeket.
Biostimulánsok használata: a mikorrhizagombák és növényi növekedésserkentő baktériumok javítják a növények tápanyaghasznosítását, antioxidáns védelmét és vízfelvételi lehetőségeit. Ezek a hatások különösen a kritikus virágzási és érési időszakban lehetnek hozamfokozók. Világszinten vizsgálva a gabonák esetén a mikorrhiza inokulummal való kezelés–ugyan komoly szórással átlagosan–16%-os hozamnövekedést jelenthet.
Precíziós technológia: távérzékelés, drónos monitoring lehetőséget ad arra, hogy a stressz tünetei már korai fázisban észlelhetők legyenek és megfelelő korai beavatkozással optimalizáljuk a víz- és tápanyagfelhasználást.

Összefoglalás

A kalászos növények – bár széles körben alkalmazkodtak a mérsékelt övi környezethez – különösen érzékenyek a fenológiai kulcsidőszakokban jelentkező stresszhatásokra.

A sajnos folyamatosan intenzívebbé váló klímakrízis miatt ezek a kihívások biztosan egyre gyakoribbá és súlyosabbá válnak. A növények élettani válaszainak ismerete, a biostimulánsok tudatos alkalmazása, a talajkímélő és regeneráló agrotechnikai gyakorlatok adaptálása elengedhetetlen a jövőben is versenyképes és fenntartható kalászos termesztéshez. A legfontosabb mind közül a talajaink megfelelő ismerete és védelme, mert egészséges és stressztűrő növény kizárólag egészséges talajon termeszthető. A talajok regenerálása ugyan sajnos többéves folyamat, de enélkül várhatóan a hazai mezőgazdaság és benne a kalászosok termesztésének napjai is meg vannak számlálva. Az óra ketyeg.

kalászosok