A növényeink érdekében nem mindegy, milyen sót használunk télen az utakon
A talajok sótartalmának növekedése vagyis a szikesedés globális probléma a mezőgazdaságban, de a helyi növénytermesztést is érinti a kertekben, és az olyan utak közvetlen közelében lévő földeken, amelyeken télen nagy mennyiségben használnak sókat jégmentesítésre, valamint a tengerparti területeken, ahol a tengervíz beszivároghat a talajba. A természetben a sós talajok mélyén, sötétben fejlődő csíranövények levelei közvetlenül is érintkezhetnek a talajban található eltérő ionokkal, amik növényi stresszt, végső soron pedig akár a növény halálát is okozhatják.
Az Eötvös Loránd Tudományegyetem kutatói kimutatták, hogy a zöldülés, azaz a klorofill bioszintézise és a fotoszintetikusan aktív színtestek, az úgynevezett kloroplasztiszok fejlődése gátolt a sötétben nevelt, majd közvetlenül magas sókoncentrációnak kitett búzalevelekben. Ez végül a csíranövények elhalásához vezethet.
Néhány zöldítési kísérlet egyértelműen látható és látványos eredményei. A képek azt mutatják, hogy a kontroll (Hoagland) oldaton zöldített levél darabokhoz ("H", bal oldali kép), illetve a csak ozmotikus stressznek kitett levéldarabokhoz képest (utóbbiak a Hoagland-oldatban oldott, magas ozmolaritású, nem ionos polietilén glikol oldaton úsztatott levelek, "P", középső kép), a sóstressznek kitett etiolált levelek sárgák maradtak és nem tudtak bezöldülni (jobb oldali kép). Az alkalmazott sóstressz ebben az esetben 600 mM NaNO3 volt Hoagland-oldatban oldva. Hoagland oldaton a levelek megfelelő vízellátottságúak és ki vannak terülve, a másik két oldaton a levelek összepöndörödése a fennálló ozmotikus stresszre utal. (A sóoldaton pedig nem csak ozmotikus stressz áll fenn, de a jelenlévő ionok is beleavatkoznak a növény anyagcseréjébe.)
Solymosi Katalin kutatócsoportjával összehasonlító elemzések során egy nagyon egyszerű és megismételhető módszerrel azt is könnyen kimutathatóvá tette, hogy mely sók és milyen koncentrációban vannak a legkárosabb hatással a talajban csírázó növények zöldülésére. Megállapították, hogy a nátriumnak (Na+) van a leginkább negatív hatása, míg a kálium (K+) sók (pl. a hagyományosan gyakran használt fahamu formájában), és a kalcium-klorid (CaCl2) környezetbarátabb jégmentesítő vegyületeknek tekinthetők.
Világszintű probléma
A talajok sótartalmának emelkedése világszerte mintegy 833 millió hektárnyi földterületet érint. Sajnos a helytelen mezőgazdasági gyakorlatok miatt ez a terület folyamatosan növekszik. A talajban lévő sók és a rendelkezésre álló víz koncentrációja számos tényezőtől - többek között a csapadék minőségétől és mennyiségétől, a külső hőmérséklettől és a párolgástól - függően folyamatosan változik.
"Régóta és sokan vizsgálják azt, hogy a termőföldek magas sótartalma hogyan gátolja a legtöbb gazdaságilag fontos növény csírázóképességét és hogyan csökkenti a terméshozamot. Ugyanakkor
még nem tanulmányozták, hogy hogyan hat a szikes talaj a mezőgazdaságban oly sok növényfaj esetében az ültetési protokoll szerint mélyen a talajba vetett magokból fejlődő csíranövények leveleire.
Ez annál is meglepőbb, mivel a termőterületek szikesedése világszerte mintegy másfél milliárd embert érint" - magyarázza a kutatás hátterét Solymosi Katalin, az Eötvös Loránd Tudományegyetem adjunktusa, a tanulmány vezető kutatója.
A búza láthatatlan halála
A búzát a talajtípustól és a termesztett búzafajtától függően 5-10 cm mélyen szokás elvetni a talajba. Így a csírázó búza növénykék először a talajban, teljes sötétségben fejlődnek. A napfény hiánya miatt nem képződik bennük a növényekre jellemző zöld pigment, a klorofill, és ezért ezek a csíranövények sárgás színűek. Klorofill nélkül nem tud kialakulni a fotoszintetikus apparátus, és egy sajátos növényi színtest típus, az ún. etioplasztisz fejlődik a csíranövények leveleiben. Amikor a fejlődő növénykék levelei a talajfelszín közelébe érnek és fokozatosan fényre kerülnek, a klorofill szintézise végbemegy bennük, a növények bezöldülnek, és a bennük található etioplasztiszok átalakulnak zöld színtestekké, azaz ún. kloroplasztiszokká. A kloroplasztiszok fotoszintetikusan aktívak, és segítenek a növénynek cukrot és ezáltal energiát termelni a túléléshez.
Az önfenntartó fotoszintézisre való átállás nélkül a csíranövények idővel felélik a magokban raktározott tápanyagokat, és elpusztulnak.
"Pont ebben az összefüggésben különösen meglepő, hogy eddig egyetlen tanulmány sem vizsgálta részletesen, hogy a magas sókoncentráció hogyan befolyásolja a búza csíranövények zöldülését, pedig teljesen nyilvánvaló, hogy a talajban csírázó növények levelei közvetlenül ki vannak téve a talaj sótartalmának" - ismerteti a tanulmány fő kérdését Sóti Adél, az Eötvös Loránd Tudományegyetem doktorandusza, a Planta című szaklapban megjelent tanulmány első szerzője. - "Egy egyszerű módszert találtunk annak vizsgálatára, hogy hogyan befolyásolja a só a növények zöldülését. A 11 napos, teljes sötétségben, például zárt dobozban történő csíráztatás után a csíranövények levél darabkáit előkezelésként először 1,5 órán keresztül különböző sókoncentrációknak tettük ki, majd viszonylag gyenge fényen megvilágítva zöldíteni kezdtük. A zöldülés, azaz a zöld szín megjelenése vagy ennek hiánya 16 óra megvilágítás után szemmel is könnyen látható, és jelzi, hogy az adott sóoldat mennyire volt káros a folyamatra."
A tanulmány főbb megállapításait és kísérleteit összefoglaló infografika. PEG: polietilénglikol, nagy ozmolaritású, nem ionos vegyület. Hoagland: kontroll tápoldat. (Megjegyzendő, hogy a kísérletekhez az alkalmazott sókat és a PEG-et is Hoaglandban oldottuk fel.) Látható, hogy a Hoagland oldaton, a csak ozmotikus stressznek (eltérő koncentrációjú PEG kezelésnek kitett levelek) és a 300 mM KCl oldaton a növények szépen bezöldültek, A legalsó három kezelésnél semmilyen zöldülés nem volt tapasztalható. (A Sóti et al. 2023-as cikk grafikus összefoglalójának kicsit módosított verziója)
Sóstressz és vízhiány
Tulajdonképpen meglepő, hogy még a tengervíz sókoncentrációjának a fele (azaz kb. 300 mM NaCl) sem gátolja teljesen a búza zöldülését, de lassítja az etioplasztiszok kloroplasztiszokká alakulását. A tengervíz sótartalmával megegyező, viszonylag magas sókoncentrációnál (pl. 600 mM NaCl) azonban a zöldülés teljesen gátolt, és sajátos szerkezetváltozások, azaz az etioplasztiszok belső membránjainak duzzadása figyelhető meg.
A nagy koncentrációjú sóoldatok legalább két fő mechanizmus révén hatnak negatívan a növényekre:
mivel oldott ionokban gazdagok, akadályozhatják a vízfelvételt, és így úgynevezett ozmotikus stresszt okozhatnak, illetve a különböző só ionok a felvételük után közvetlen toxikus hatást gyakorolhatnak a sejtekre, és így zavarhatják azok anyagcseréjét.
Az ERASMUS+ munkatársi mobilitási program keretében a magyar kutatók Beata Mysliwa-Kurdziel-lel, a krakkói Jagelló Egyetem munkatársával együttműködve szisztematikus vizsgálatokat végeztek annak tesztelésére, hogy az alkalmazott sóoldatok által okozott ozmotikus stressz jelentősen hozzájárult-e a zöldülés megfigyelt gátlásához vagy sem. E vizsgálatokhoz egy nem ionos vegyületet, a polietilén glikolt alkalmaztak a sóoldatokkal egyező ozmolaritási értékekben, hogy imitálják a különböző sóoldatok által okozott ozmotikus stresszt.
Egy teljes sötétségben nevelt kontroll csíranövény levél szegmensében lévő etioplasztisz összehasonlítása a zöldítés előtt (bal oldali kép), majd utána. A középső képen a sötétben nevelt levelek kontroll (Hoagland) oldaton történő 16 órás megvilágítása utáni állapot, az etioplasztiszból kifejlődött fiatal zöld színtest látható, míg a jobboldali képen a 16 órás, sóoldaton (600 mM NaNO3, Hoagland-oldatban oldva) történő megvilágítás utáni, nem zöldült sajátos etioplasztisz látható duzzadt belső membránokkal (fekete csillag). A fekete nyilak a színtesteket körülvevő burkolómembránt, és így a színtestek körvonalait jelzik. Vonal: 1 mikrométer.
Kevesebb nátrium, nagyobb hozam
"Elektronmikroszkópos vizsgálatainkkal megállapítottuk, hogy az etioplasztiszok belső membránjainak a víztartalmú belső terének (úgynevezett lumenének) megfigyelt hatalmas és abnormális duzzadása nem jelent meg csak ozmotikus stressz alkalmazása során, és csak a magas Na+ koncentrációval kezelt mintákban volt megfigyelhető. Összehasonlító elemzéseink azt mutatták, hogy a magas koncentrációjú (600 mM) KCl, KNO3 vagy 300 mM CaCl2 szintén lassította a zöldülést, de nem idézett elő ilyen markáns ultrastrukturális elváltozásokat" - foglalja össze Solymosi Katalin a tanulmány legfőbb következtetéseit.
Ezek az eredmények megerősíthetik az emberek kollektív bölcsességét arra vonatkozóan, hogy
télen érdemes például a nátrium sók helyett kálium sókban (K+) dúsított fahamut használni jégmentesítésre a havas utak sózásakor.
Hasonlóképpen a CaCl2 is környezetbarátabb jégmentesítő és csúszásmentesítő anyagnak tekinthető. Nagy koncentrációban ugyanakkor egyik sónak sincs pozitív hatása a csíranövények zöldülésére, amit a téli havazások idején nem árt szem előtt tartani, ha azt szeretnénk, hogy jövő tavasszal is szép, sok zöld növényt tartalmazó kertjeink legyenek.