2015. október 20., kedd

Meddig életképesek a magvak?


A növények Csipkerózsika-álma

Molnár V. Attila, Sonkoly Judit & Takács Attila

Mi minden történt 1883-ban? Például kitört a Krakatau-vulkán a Szunda-szorosban és ugyanekkor indult első útjára Párizsból az Orient Express. Ebben az esztendőben halt meg Richard Wagner zeneszerző és Édouard Manet festő vagy ekkor születtek olyan, azóta szintén elhunyt nagyságok, mint Jávorka Sándor botanikus, Jaroslav Hašek író, Egry József festőművész, Babits Mihály költő vagy Kós Károly építész. Emellett Borbás Vince ebben az évben gyűjtötte herbáriuma számára azt a tekert csüdfű-példányt, amelynek magjait 131 év elteltével sikerült kicsíráztatnunk és felnevelnünk a Debreceni Egyetemen (az erről megjelent publikációnk elérhető itt.). Az Élet és Tudomány ezévi  39.  heti számában megjelent ismeretterjesztő cikkünk ennek apropóján járja körül a magvak hosszú távú életképességét.
 
A magok a legfejlettebb növények szaporító- és terjesztőképletei, amelyek méretüket, terjedési módjukat és élettartamukat illetően is rendkívül sokfélék. Akadnak köztük porszemnyi apróságok és kókuszdiónyi óriások. Vannak, amelyek víz felszínén úszva, szelek szárnyán utazva, állatok bundájába akadva vagy általuk lenyelve terjednek. Bizonyos fajok magjai érés után hamar csíráznak, ezek életképességüket csak igen rövid ideig őrzik meg. Ennek ellenkezője is ismert, mikor a mag érés után nyugalmi állapotba kerül, amelyben életképességét évtizedeken vagy akár évszázadokon keresztül is megőrizheti, és csak akkor csírázik, amikor megfelelő körülmények közé kerül és valamilyen hatás megtöri a mag nyugalmi állapotát.

A magvak nyugalmi állapota is sokféle lehet, egyik típusa a fizikai dormancia, amelynek lényege, hogy a vastag, kemény maghéj megakadályozza a mag vízfelvételét. Az ilyen növények (mint amilyen számos pillangósvirágú is) magjai csak akkor csíráznak ki, ha a maghéjat valamilyen sérülés éri. Ezt a természetben előidézheti például egy állat emésztőrendszerének mechanikai vagy emésztőnedveinek kémiai hatása, de ilyen tényező lehet egy bozóttűz vagy egy áradó folyó által szállított törmelék súroló hatása, amely utat nyit a talajban szunnyadó magvaknak a csírázáshoz.

Mindennek természetesen gyakorlati jelentősége is van: az élelmet adó és ipari célra termesztett növények esetében rendkívül fontos magjaik potenciális élettartamának ismerete: nem mindegy ugyanis, hogy az adott faj magjai milyen körülmények között és milyen hosszú ideig tárolhatók, vagy hogy vetés után milyen arányban csíráznak kezelés nélkül. A fehér akác (Robinia pseudacacia) keményhéjú magjainak nyugalmi állapotát vetés előtt olyan berendezéssel szüntetik meg, amely megsérti a maghéjat. A magvak élettartamának, csírázásbiológiájának ismerete igen fontos tényező az allergén növények, az agresszíven terjedő behurcolt özönnövények és a mezőgazdasági gyomok elleni küzdelemben, akárcsak a ritka és veszélyeztetett fajok megőrzése során is.

Vallatási módok
A magok potenciális életképességét többféle módon vizsgálhatjuk. A természetes körülményekhez talán leginkább hasonlító módszer, ha a magokból nagy mennyiséget a talajban mélyre elásunk, majd a készlet egy-egy részletének életképességét néhány évente vagy évtizedenként csíráztatásos kísérletben vizsgáljuk. Ilyen módon igazolták, hogy a kereklevelű mályva (Malva rotundifolia) és két ökörfarkkóró faj (Verbascum sp.) magjai több mint száz évig megőrzik csíraképességüket. Ez a módszer igen megbízható eredményeket szolgáltat, viszont meglehetősen munka- és időigényes – különösen olyan fajok esetében, amelyek magjai csíraképességüket sokáig megőrzik, azaz hosszú távú perzisztens magkészlettel rendelkeznek.

A magvak életképességére közvetett módon lehet következtetni abból is, hogy a talajban milyen függőleges eloszlásban találhatók meg. Ennek alapja az a tény, hogy különböző hatások (például a gravitáció és talajlakó élőlények aktivitása) miatt a magvak a felszínről idővel a talaj egyre mélyebb rétegeibe jutnak, ám eközben csíraképességét egy részük elveszti. Ha adott faj magjai nagyobb talajmélységből származó mintában nagyobb számban csíráznak, mint a felszínhez közeli rétegekben, az annak a jele, hogy a magok olyan hosszú ideig megőrzik életképességüket, amennyi idő szükséges volt a mélyebb rétegben való feldúsulásukhoz.

A legidősebbek
Kézenfekvőnek tűnik, hogy ásatásokon fellelt magvak vizsgálatával is érdekes adatokhoz juthatunk, de e téren több bizonytalanság adódik. Bár egyiptomi fáraósírokban és más régészeti lelőhelyeken talált ősi (akár ezer évnél idősebbnek hitt) magvak csíraképességéről számos cikk jelent meg, ezeknek a magvaknak a korát modern módszerekkel nem vizsgálták meg, és nagyon valószínű, hogy jóval későbbi eredetű magokról van szó. (Egy piramisban például nemcsak a temetés idejéről származó magok lehetnek, hanem például sírrablók vagy régészek által akaratlanul behurcoltak is.)
Más a helyzet egy kínai tó üledékében talált indiai lótusz (Nelumbo nucifera) csíraképes magjaival, amelyek korát a radiokarbonos kormeghatározás 1300 év körülire tette. Az eddig ismert legidősebb, száraz körülmények között tárolt életképes mag I. Heródes, Kr. e. I. században élt júdeai uralkodó palotájából került elő. Ez a datolyapálmáról (Phoenix dactylifera) származó mag a radiokarbonos kormeghatározás alapján mintegy 2000 éves volt és egészséges növénnyé fejlődött. Szibériában, az örökké fagyott talajréteg, a permafroszt alatt 38 méterre eltemetődött sarkiürge-fészkekben nagy mennyiségben leltek rá a keskenylevelű habszegfű (Silene stenophylla) mintegy 32 ezer éves magjaira. Az érett magvak csíraképtelennek bizonyultak, de kutatók három éretlen magban még élő embriót találtak és azokból laboratóriumi körülmények között életképes növényeket neveltek.

Az iménti adatokhoz képest jóval kisebb időtávlatot fognak át, de emberi léptékben mégis jelentősek a szárazon tárolt magvakhoz kapcsolódó életképességi vizsgálatok. Mexikói és kaliforniai vályogtéglákból 40 növényfaj magjait azonosították, amelyből hét faj magjai – köztük egy lucerna (Medicago polymorpha), egy mályva (Malva parviflora) és egy árpa (Hordeum leporinum) kétszáz év után is – életképesnek bizonyultak.

Maggyűjtemények és herbáriumok
A száraz körülmények között tárolt növényi magvak leggazdagabb tárházai a maggyűjtemények és herbáriumok. Mivel azonban az itteni példányok tárolási körülményei – például a hőmérséklet értéke és éves alakulása, valamint a páratartalom – jelentősen eltérnek a talajban uralkodó viszonyoktól, ezért előfordulhat, hogy egyes fajok magjai a talajban jóval tovább életben maradnak, mint herbáriumban. Ehhez a hatáshoz hozzájárulhatnak továbbá a rovarkártevők [például múzeumbogár (Anthrenus verbasci)] ellen alkalmazott peszticidek is.

Elsősorban termesztett növények esetében állnak rendelkezésre olyan régi és jó megtartású magminták, amelyek értékes adatokat szolgáltathatnak. Ilyen volt például egy hermetikusan lezárt üvegedény, amelyben zab (Avena sativa) szemterméseket helyeztek el 1877-ben egy bécsi főiskolán. A mintát 110 év múltán vizsgálták meg és abban nemcsak a zab, hanem az árpa (Hordeum vulgare) és 4 gyomnövény életképes magjait találták.

A herbáriumi példányok jelentőségét a magvak hosszú távú túlélésének vizsgálatához az adja, hogy immár elég hosszú (több évszázados) időtávlatban állnak rendelkezésre, ráadásul legnagyobb részük gyűjtésének ideje napi vagy legalább éves pontossággal ismert. A módszer első „alkalmazása” tulajdonképpen a véletlennek köszönhető. A második világháború idején, 1942 szeptemberében bombatalálatot kapott a londoni British Museum herbáriumának otthont adó épület, amelyben ezt követően a tűzoltáshoz használt víz hatására csírázni kezdtek a selyemakác (Albizia julibrissin) 1793-ban gyűjtött, a háború idején 147 éves példányának magjai.

Ezt követően több kísérletet is végeztek, ezek során számos esetben dokumentálták herbáriumban vagy maggyűjteményben egy évszázadnál hosszabb ideig tárolt magvak életképességét. Egyes trópusi és szubtrópusi elterjedésű fásszárúak (a pillangós virágúak közé tartozó Acacia- és Liparia-fajok), valamint a próteafélékhez sorolt Leucospermum magjai legalább 203 éves korukig megőrizték csíraképességüket. A mérsékeltövi lágyszárúak között a legkitartóbbnak az ernyősvirágzatú sziki buvákfű (Bupleurum tenuissimum) bizonyult, mégpedig 144 évvel. A jelenleg érvényes „világrekordot” viszont az indiai lótusz tartja legalább 215 évvel.

A 10 legidősebb, természettudományi gyűjteményből származó, életképes maggal rendelkező növény adatai

Növény
Család
Elterjedés
Életforma
Kor (év)
Csírázott / vizsgált magvak száma
Forrás
Nelumbo nucifera
lótuszfélék
trópusi
vízinövény
215–237
1 / 1
Ramsbottom 1942, Barton 1961
Acacia sp.
pillangósvirágúak
trópusi
fásszárú
203
1 / 2
Daws et al. 2007
Liparia sp.
pillangósvirágúak
trópusi
fásszárú
203
16 / 25
Daws et al. 2007
Leucospermum sp.
proteafélék
trópusi
fásszárú
203
1 / 8
Daws et al. 2007
Acacia melanoxylon
pillangósvirágúak
trópusi
fásszárú
151
1 / 20
Leino & Edqvist 2010
Acacia farnesiana
pillangósvirágúak
trópusi
fásszárú
151
2 / 37
Leino & Edqvist 2010
Albizia julibrissin
pillangósvirágúak
trópusi
fásszárú
147
néhány / ?
Ramsbottom 1942
Bupleurum tenuissimum
ernyősvirágzatúak
mérsékelt övi
egyéves
144
1 / 50
Godefroid et al. 2011
Astragalus contortuplicatus
pillangósvirágúak
mérsékelt övi
Egyéves
131
29 / 120
Molnár V. et al. 2015
Geranium bohemicum
gólyorrfélék
mérsékelt övi
Egyéves
129
3 / 10
Milberg 1994


A kiválasztott tekert csüdfű
Az eddig megismert csúcstartók között viszonylag sok a pillangósvirágú növény, de kevés közöttük a mérsékelt égövben elterjedt és a lágyszárú faj. Éppen emiatt érdekes kutatócsoportunknak – e cikk szerzőin kívül Lovas-Kiss Ádámnak, Fekete Rékának, Somlyay Lajosnak és Török Péternek – a tekert csüdfű (Astragalus contortuplicatus) herbáriumban tárolt magjai hosszú távú túlélésének vizsgálata és annak friss eredménye. E rövid életű, egyéves életformájú pillangósvirágú növény jellemző élőhelyei folyók partjainak közelében, azok hordalékán találhatók. Hazánkban elég szórványos előfordulású, a Tisza és annak mellékfolyói mentén került elő, elsősorban nyílt talajfelszínű, bolygatott helyeken. Az ilyen termőhelyeken igen gyorsan változik a növényzet (például becserjésedik, benádasodik vagy nagy termetű mocsári fajok szaporodnak el), így a tekert csüdfű állományai egyik évről a másikra látszólag eltűnnek.

A tekert csüdfű időszakosan elöntött folyópartok első növényei között felbukkanó, de ritka előfordulású faja
Az iszapnövényzet jellegzetes faja, általában csupasz talajfelszíneken láthatjuk
 
A zavart termőhelyek növényei esetében (különösen, ha azok rövid életűek) fontos szerepet tölt be a kedvezőtlen körülmények mag alakban történő átvészelése. A tekert csüdfű esetében pontosan erről van szó: termőhelyei néha becserjésednek, olykor hosszú ideig víz alatt állnak, és sokszor éveknek kell eltelniük, hogy e pionír növény számára megfelelő körülmények alakuljanak ki, azaz nyílt, lassan száradó talaj- vagy iszapfelszínek, amelyeken alig található meg más növény. Emiatt tartottuk érdemesnek megvizsgálni a faj magjainak csíraképességét.




A tekert csüdfű magjai laposak, barnászöld színűek és mintegy 1–1,5 mm nagyságúak


Először friss magvakon teszteltük, hogy különböző eljárások milyen mértékben növelik a csírázó magvak arányát. A legjobb eredményt (99%) a maghéj dörzspapírral való megsértésével (szkarifikálás) és a magvak fényben történő csíráztatásával értük el. A szkarifikált magvak sötétben is magas (70% körüli) arányban csíráztak, míg a leforrázott, a szárazon vagy vízben lefagyasztott, a szárazon 80 °C-on hőkezelt és kezelés nélkül fényen csírázó magvaknak csupán néhány százaléka indult fejlődésnek, nagyjából annyi, mint a kezelés nélküli, kontroll magvak esetében. Mindezek alapján a herbáriumi példányok esetében a szkarifikált magvak fényben történő csíráztatását választottuk, amely szobahőmérsékleten, napi 14 órás megvilágítás mellett zajlott Petri-csészében, nedves agaróz gélen.

A tekert csüdfű friss magjainak csírázása különböző kezelések hatására. A legnagyobb arányban fény jelenlétében csíráztak a mechanikusan megsértett maghéjú magvak, ezért a herbáriumi példányok magjai esetében ezt a módszert alkalmaztuk a magvak nyugalmi állapotának megtörésére
Tekert csüdfű laboratóriumban csírázó magjai
A tekert csüdfű átültetett csíranövénye
 Borbás Vince öröksége
Tizennyolc herbáriumi példány összesen 793 magjának életképességét vizsgáltuk, s a vizsgált példányok fele esetében tapasztaltunk csírázást, ám azok mértékében jelentős különbségeket találtunk. A legnagyobb arányú (56,3%) életképességet a legfiatalabb, hároméves minta esetében tapasztaltuk, de meglepő módon hasonlóan magas arányban (53,3%) csíráztak egy 103 éves (a Delibláton 1911-ben Wagner János által gyűjtött) példány magjai is. Nem sokkal rosszabb csírázási arányokat produkáltak a Kovács Ferenc által Óbecse mellett 1914–1915-ben gyűjtött (legalább 99 éves) példány (38,1%) vagy a Boros Ádám által Törökbecse környékén 1918-ban szedett (96 éves) minta (41,1%).
A legfigyelemreméltóbb adatot azonban a Borbás Vince által Palánka (ma: Bačka Palanka, Szerbia) mellett 1883-ban gyűjtött herbáriumi lap szolgáltatta: a 131 éves magvak mintegy negyede (24,2%) csírázott! A vizsgálataink során megfigyelt túlélés a 9. leghosszabb, amit természettudományi gyűjteményben tárolt fajok esetében kimutattak. Egyben ez a második legidősebb, herbáriumból származó életképes mag, amely mérsékeltövi és lágyszárú növénytől származik. A kicsírázott magvak egészséges növényekké fejlődtek, dúsan virágoztak és termést érleltek. Bizonyító herbáriumi példányaikat hazai és külföldi természettudományi gyűjteményben helyeztük el, abban a reményben, hogy egyes magjaik később ismét felébredhetnek Csipkerózsika-álmukból.


Borbás Vince, a 19. századi magyar botanika kiemelkedő alakja
Borbás Vince 1883-ban Palánka mellett gyűjtött csüdfű példányainak magjai 131 év után is csíraképesnek bizonyultak
131 éves magvakból fejlődött példányok
  
Az évszázados magvakból fejlődött növények dúsan virágoztak és életképes magvakat tartalmazó terméseket érleltek



Daws M. I. et al. 2007: Seed Sci Res 17: 73–79.
Godefroid S. et al. 2011: Taxon 60: 565–569.
Leino M. W. & Edqvist J. 2010: Genet Resour Crop Ev 57: 741–746.
Milberg P. 1994: Nord J Bot 14: 27–29.
Molnár V. A. et al. 2015: Preslia 87: 319–328.
Ramsbottom J. 1942: Nature 149: 658.
Sallon S. et al. 2008: Science 320: 1464–1464.
Shen-Miller, J. 1995: American J Bot 1367-1380.
Spira T. P. & Wagner L. K. 1983: American Journal of Botany, 303-307.
Steiner A. M. & Ruckenbauer P. 1995: Seed Sci Res 5: 195–199.
Yashina S. et al. 2012: PNAS 109: 4008–4013.


Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése