Kasvifysiologia: fotosynteesi, ravinteet ja kasvin toiminta selitetty
Kasvifysiologia selitetty — käytännöllinen opas fotosynteesiin, ravinteisiin ja kasvien toimintaan: hengitys, hormonit, stomata ja ympäristön stressivasteet.
Kasvifysiologia on kasvitieteen osa-alue, joka tutkii kasvien toimintaa. Se on kasvien fysiologiaa. Kasvitieteilijät tutkivat eri menetelmien avulla, miten kasvit lisääntyvät, kasvavat, saavat ravinteita, fotosynteesiä, saavat vettä ja niin edelleen.
Kasvien fysiologian pääaiheita ovat fotosynteesi, hengitys, kasvien ravitsemus, kasvihormonit, tropismi, nastojen liikkeet, fotoperiodismi, fotomorfogeneesi, vuorokausirytmi, ympäristön stressifysiologia, siementen itäminen, lepotila, stomata-toiminta ja transpiraatio.
Fotosynteesi — kasvin energianlähde
Fotosynteesi on prosessi, jossa valoenergia muutetaan kemialliseksi energiaksi tuottamalla sokeria hiilidioksidista ja vedestä. Fotosynteesi tapahtuu lehtien kloroplasteissa, joissa sijaitsevat pigmentit kuten klorofylli. Prosessi voidaan jakaa valo- ja pimeäreaktioihin (valoreaktiot ja Calvinin sykli): valoreaktioissa syntyy ATP:ta ja NADPH:ta sekä vapautuu happea; pimeäreaktioissa (Calvinin sykli) hiilidioksidi pelkistetään hiilihydraateiksi. Fotosynteesin tehokkuuteen vaikuttavat valointensiteetti, CO2-pitoisuus, lämpötila ja veden saatavuus.
Hengitys ja aineenvaihdunta
Hengitys (soluhengitys) on se prosessi, jossa kasvi vapauttaa fotosynteesissä sitoutunutta energiaa käytettäväksi solujen toimintoihin. Soluhengitys koostuu glykolyysistä, sitruunahappokierron (TCA) reaktioista ja elektroninsiirtoketjusta. Hengitys tapahtuu kaikissa soluissa ja on erityisen aktiivista nopeasti kasvavissa tai varastavaaineita pilkkovissa kudoksissa.
Vesi ja veden kuljetus
Vesi otetaan maasta pääasiassa juurikarvojen kautta ja kulkee kasvin läpi johtojänteissä (ksyleemi). Vedensiirto lehdille perustuu kapillaarisuuteen ja niin sanottuun cohesion–tension -mekanismiin, jossa veden haihtuminen (transpiraatio) lehdistä luo imuvoiman. Transpiraatio auttaa myös lämmönsäätelyssä ja liuottaa ravinteita juurten otettavaksi.
Stomata ja transpiraatio
Lehtien pienet huokoset, stomata, säätelevät kaasujen vaihtoa ja veden haihtumista. Stomatojen aukeaminen ja sulkeutuminen määräytyvät valo-, CO2- ja vesitilanteen mukaan sekä säätelevät siten transpiraatiota. Abscisic acid (ABA) on yksi tärkeä signaali, joka saa stomatat sulkeutumaan kuivuuden aikana.
Ravinteet ja niiden otto
Kasvit tarvitsevat makro- (N, P, K, Ca, Mg, S) ja mikroravinteita (esim. Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo). Ravinteet saadaan maaperästä ioneina; niiden otto tapahtuu juurten kautta ja usein edellyttää mykorritsasieniä tai mikrobien toimintaa, joka parantaa ravinteiden saatavuutta. Ravinteiden puutokset ja ylitarjonta vaikuttavat kasvin kasvuun, fotosynteesiin ja vastustuskykyyn.
Kasvihormonit ja kasvun säätely
Kasvihormonit eli kasvusignaalit, kuten auxiinit, sytokiinit, gibberelliinit, abskissihappo (ABA) ja etyleeni, säätelevät solunjakautumista, erilaistumista, solujen venymistä, siementen itämistä ja lehtien vanhenemista. Hormonien keskinäinen suhde määrittää monia kehitysvaiheita — esimerkiksi korkea sytokiinien ja alhainen auxiinien suhde edistää solunjakautumista versoissa.
Kasvien reaktiot ympäristöön
Kasvit reagoivat ympäristöön monin tavoin:
- Tropismit (esim. fototropismi, geotropismi) ohjaavat kasvua valoa tai painovoimaa kohti tai poispäin.
- Fotoperiodismi säätelee kukintaa sen mukaan, kuinka pitkiä valo- ja pimeäjaksot ovat.
- Fotomorfogeneesi tarkoittaa valoon perustuvia kehitysmuutoksia, joita välittävät fotoreseptorit kuten fytochrome- ja kryptochrome-proteiinit.
- Vuorokausirytmi eli sirkadiaaninen kello synkronoi fysiologiset prosessit päivän ja yön jaksoihin.
Siementen itäminen ja lepotila
Siementen itäminen käynnistyy, kun vedenotto, oikea lämpötila ja joskus valon läsnäolo aktivoivat entsyymit ja hormonaaliset muutokset. Monet siemenet käyvät läpi lepotilan (dormanssi), jonka murtuminen vaatii esimerkiksi kylmäkäsittelyn, mekaanisen vaurioitumisen tai tietyn valosignaalin.
Stressifysiologia — paineet ja sopeutuminen
Kasvit altistuvat monenlaisille stressitekijöille: kuivuus, suolapitoisuus, lämpö- tai kylmästressi, hapen puute, taudit ja hyönteiset. Stressi käynnistää solutasoisia reaktioita, kuten reaktiivisten happilajien tuotantoa, antioksidanttien aktivoitumista ja stressihormonien (esim. ABA, etyleeni) nousua. Sopeutuminen voi olla morfologista (syvempi juuristo), fysiologista (osmolyyttien kertyminen) tai biokemiallista (heat-shock-proteiinit).
Mittaaminen ja sovellukset
Kasvifysiologian tutkimuksessa käytetään monia mittausmenetelmiä: kaasuvaihdon analysointi (fotosynteesinopeus, hengitys), klorofyllifluoresenssi (fotosysteemin kunnon arviointi), sapen virtausmittaukset, lehtiveden potensiaalin mittaus, radioaktiiviset tai stabiilit isotoopit hiilen ja veden liikkeiden seuraamiseen sekä molekyylibiologiset menetelmät geeniekspression analysointiin. Tieto kasvien fysiologiasta on keskeistä viljelykasvien jalostuksessa, kastelun optimoinnissa, ravinnehallinnassa ja ilmastonmuutokseen sopeuttamisessa.
Yhteenveto
Kasvifysiologia yhdistää biokemian, solubiologian, fysiikan ja ekologian selittääkseen, miten kasvit kasvavat, tuottavat energiaa, ottavat vettä ja ravinteita sekä reagoivat ympäristöön. Ymmärrys näistä prosesseista on käytännössä tärkeää sekä luonnon ekosysteemien että maatalouden kannalta.
Itämisnopeuskoe
Aiheeseen liittyvät sivut
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on kasvifysiologia?
V: Kasvien fysiologia on kasvien toiminnan tutkimista, mukaan lukien niiden lisääntyminen, kasvu, ravinteiden saanti, fotosynteesi ja veden saanti.
K: Mitkä ovat joitakin kasvifysiologian pääaiheita?
V: Kasvien fysiologian tärkeimpiä aiheita ovat muun muassa fotosynteesi, hengitys, kasvien ravitsemus, kasvihormonit, tropismit, nastic-liikkeet, fotoperiodismi, fotomorfogeneesi, vuorokausirytmi, ympäristöstressin fysiologia, siementen itäminen, lepotila, stomata-toiminta ja transpiraatio.
K: Miksi kasvifysiologian tutkimus on tärkeää?
V: Kasvifysiologian tutkimus on tärkeää, koska se auttaa meitä ymmärtämään kasvien toimintaa, mikä voi johtaa parannuksiin maataloudessa, metsätaloudessa ja puutarhanhoidossa. Se voi myös auttaa meitä kehittämään uusia lääkkeitä ja löytämään ratkaisuja ympäristöongelmiin.
K: Mitä fotosynteesi on?
V: Fotosynteesi on prosessi, jossa kasvit käyttävät auringonvaloa, hiilidioksidia ja vettä tuottaakseen happea ja orgaanisia yhdisteitä, kuten sokeria.
K: Mitä on hengitys?
V: Hengitys on prosessi, jossa kasvit muuttavat orgaanisia yhdisteitä, kuten sokeria, takaisin hiilidioksidiksi ja vedeksi, jolloin vapautuu energiaa, jota voidaan käyttää kasvuun ja muihin toimintoihin.
K: Mitä ovat kasvihormonit?
V: Kasvihormonit ovat kasvien tuottamia kemiallisia viestinviejiä, jotka säätelevät erilaisia fysiologisia prosesseja, kuten kasvua, kehitystä ja reaktioita ympäristösignaaleihin.
K: Mitä on transpiraatio?
V: Transpiraatio on vesihöyryn häviämistä kasveista pienien huokosten, niin sanottujen stomata-aukkojen, kautta, mikä voi auttaa säätelemään kasvin vesitasapainoa ja ravinteiden ottoa.
Etsiä