Bevezetés

A növényekre koncentráló akvarisztikában a színes("piros") növények tartása nehéznek mondható, viszont szinte minden növényes akvaristát érdekel a helyes gondozásuk. Ebben a cikkben azt a célt tűztem ki, hogy a színes (nem zöld) növényekről szolgáltassak egy kis háttér információt.

A színes(piros,sárga,narancs, és ezek árnyalatai) növények színét alapvetően egy növényi fotoszintetizáló színtest okozza, amiket karotinoidoknak nevezünk, amik két további fő csoportra oszthatóak, a karotinokra, és a xantofillokra.


Képaláírás: Karotinoidok a természetben, ősszel.

"A karotinoidok 40 C-atomból álló izoprén-vázas, konjugált kettőskötés-rendszerrel rendelkező lipid jellegű tetraterpének" (elte.prompt.hu)A magasabb rendű növényekben a zöld klorofillok mellett ezek az anyagok alkotják a fotoszintetikus pigmenteket, így kijelenthetjük, hogy ez a két pigment felel a növények hatékony fotoszintéziséért.
Mi a karotinoidok szerepe a növényben?



A karotinok alapvetően két funkcióval rendelkeznek a növényekben. Az egyik funkciójuk a fény abszorbeálása(miközben "napernyő" funkciót is elláthatnak), és az így összegyűjtött energia átadása a klorofill molekulák számára, amik a fotoszintézis érdemi részét végzik, a másik funkciójuk pedig a fotoprotekció, mely során a klorofill-t védik a fény általi okozott károsodástól (B. Demmig-Adams, 1990)
A karotinoidok fény abszorbeálására más hullámhossz-érzékenység jellemző, mint a klorofillokra. Főleg a kékes tartományokban érzékenyek, tehát a kék fény számukra sok energiát szolgáltat, de a zöld színű fényt is igen jól hasznosítják, így náluk nem igaz az az állítás, hogy a zöld fény teljesen haszontalan. A piros hullámhossz tartományokban egyik karotinoid sem érzékeny(a klorofilloknak viszont fontos), így ebből a szempontból a piros fény nekik nem szükséges összetevő. Egy másik tényező miatt fontos a piros fény, erre később fogok kitérni.


Képaláírás: A különböző pigmentek érzékenysége a látható spektrum hullámhossz-tartományaira.

A fotoprotekció lényege az, hogy az erős fényben a klorofillok "túltöltődnek", és ez számos káros folyamatban nyilvánul meg, például káros, erősen reakcióképes oxigénformák keletkeznek, amik az egész fotoszintetikus apparátusra negatív hatással bírnak.

A karotinoidok ezt úgy akadályozzák meg, hogy egyrészt átveszik a felgyülemlett energia egy részét a klorofilloktól, ezzel megóvják azt a károsodástól, miközben ezt az energiát hő formájában a környezetbe juttatják, másrészt a már keletkezett reaktív oxigénformákkal reagálnak el, és így gátolják meg ezen anyagok káros hatásainak kifejtését a rendszerre (B. Demmig-Adams et al.)

A vas és a pH szerepe
Az elégséges vas szint fontos a növényi növekedés szempontjából. Aki már kicsit is belemélyedt a tápanyagok témakörébe, ismeri a vas hiánytüneteként is ismert vasklorózis jelenségét, amikor a növény fiatal levelei enyhébb hiánytünet esetén halványabb zöldes árnyalatot vesznek fel, majd erősebb vashiány esetén akár ki is fehéredhetnek. Ez a jelenség azzal függ össze, hogy a vas fontos kofaktor a klorofillok bioszintézisében (H.V. Marsh et al.) Ami a cikk szempontjából említendő még, hogy a vasklorózis, tehát a vas hiányakor fellépő tünetegyüttes nemcsak a klorofillok, hanem a karotinoidok mennyiségével is összefüggésben van ( Shetty és Miller, 1965).
A pH szerepe a vas felvételében nyilvánul meg. Minden növényi tápanyagnak van egy optimum görbéje, ami azt mutatja meg, hogy melyik pH-értéknél milyen könnyű a növényeknek felvennie az adott ápanyagot. A vasra az jellemző, hogy savas pH-n könnyen felvehető, de ahogy haladunk az egyre lúgosabb értékek felé, a felvehetőség folyamatosan csökken. Ez annyit tesz a gyakorlatban, hogy átlag magyarországi kemény csapvízben(8-as átlagos pH), mesterséges CO2-adagolás nélkül igen nehéz erőteljes színeket kicsikarni az erre hajlamos növényekből.
Összefoglalva tehát kijelenthetjük, hogy a vas mennyisége és felvehetősége is fontos feltétele a szép piros növényzetnek.


Képaláírás: vasfelvétel és a pH összefüggése


Az alacsony nitrát hatása
Az alacsony nitrát színekre gyakorolt pozitív hatását már legalább 50-60 éve ismerik és használják a holland növényes akvaristák. Tudományos kísérletekben is kimutatták, hogy az erős fény, és erős nitrogén limitáció indukálja a karotinoidok szintézisét, míg a klorofillok képződése csökken (A. E. Solovchenko et al.)
Mivel a nitrogén fontos szerepet tölt be  a klorofill szintézisben, így annak hiányában képződésének mértéke csökken, miközben az erős fény védekezésre készteti a növényt, ennek hatására a karotinoidok szintézise növekszik. Az eredmény az, hogy a zöld szín erőssége csökken, míg a piros,sárga, narancs színek erősödnek, és ezt a növényi fiziológiai jelenséget ki is lehet használni a színek előhozására, fokozására.


képaláírás: Alacsony nitrogénszint miatt karotinosodó Hygrophila corymbosa 'siamensis' (a kép bal oldalán látható az idősebb levél a végétől kezdődő halványodása, ami a nitrogénhiány tipikus jele)

A kép alapján jogosan merülhet fel a kérdés, hogy az alacsony nitrát erőltetése nem okoz-e károkat a növényzet állapotában. A kulcs itt is, mint mindenhol, az egyensúly. Ha a tápanyagokat lassan, és arányosan csökkentjük, akkor a növény nem fog hiánytüneteket produkálni egy bizonyos pontig, viszont ha minden más tápanyag koncentrációja magas, és csak a nitrát alacsony, a felborult arányok miatt valószínűleg színek helyett megállt növekedést, és hiánytünetet fogunk tapasztalni.
(A képen látható növény esetében egy kimerült táptalaj okozta a látható jelenséget)


A fény szerepe



képaláírás: Gyengébb fény alatt nevelt, de alapvetően egészséges Proserpinaca palustris

A növényi klorofillok számára elég szűk az az energia tartomány, amit nagy hatékonysággal tudnak hasznosítani, károsodás nélkül. Könnyen túltöltődnek, ha erősebb fényt kapnak, mint amire szükségük van, ezért fejlesztették ki a védekezési mechanizmusokat, és emiatt gyönyörködhetünk az élénk színeikben is.

A fény szerepe kettős ha az a cél, hogy szép pirosak legyenek az akváriumi növényeink. Egyrészt az erős fénnyel a növényben indukáljuk a fotoprotekció jelenségét, tehát gyakorlatilag a fénnyel szembeni védekezésre késztetjük a növényt, másrészt egy növény azt a fény képes csak visszaverni(és csak azt tudjuk látni), amivel megvilágítottuk.



képaláírás: Erősebb fény alatt, CO2-adagolással.

A gyakorlatban
Az akvarisztikai gyakorlatban ahhoz, hogy színeket csaljunk elő a növényekből, első sorban szükségünk lesz lágy vízre, mivel a lágy vízben a pH alacsonyabb, és az alacsonyabb kalciumion koncentráció is kedvezően hat a vas felvételére(ionantagonizmus).
Szükségünk lesz még erős fényre ( 0,8-1 watt literenként T5-T8 fénycső esetén, vagy 60+ lm/l fehér színű LED-ből, viszont fehér fényű fénycső esetén is számolhatunk lumennel, ha ismert az adat), amiben sok a piros összetevő (fénycső esetén növényes spektrumú cső kiegészítésként, pl Sylvania gro-lux, LED esetén sok piros LED-et tartalmazó lámpa). Nem szigorú feltétel, de szín fokozó hatású lehet még a mesterséges szén-dioxid adagolás is, mivel a pH-t lejjebb viszi, így optimalizálja a vas felvételt.Fontos megjegyezni, hogy a szén-dioxid adagolás relatíve kemény vízben is kellően le tudja vinni a pH-t.
A tápozásnak kiegyensúlyozottnak kell lennie, illetve az alacsony nitrátszint, és a kissé magasabb vas és kálium szintek is fokozzák a növények karotinoid képzését, ezzel a szép színeket segítik előhozni.
Különböző "trükkökkel" is szokták az akvakertészek fokozni a növények élénk színeit. Az egyik trükk lehet, ha hirtelen fénysokkot okozunk a növénynek.
Ha a fényerőt levesszük, majd ezen az értéken hagyjuk 1-2 hétig, a növények hozzászoknak, majd egyik pillanatról a másikra az eredeti fényerőre emelünk, szintén lehet a növények válasza a hirtelen erőteljesebb karotionid képzés, mivel ez a sokk védekezésre készteti őket a fénystressz ellen.  Ehhez hasonló lehet a hatás fénycsőcsere esetén, mivel a fénycső a technológiából következve leggyorsabban a kék összetevőből veszít, és mint korábban említve lett, a kék fény fontos a növények színes pigmentjei számára.
Hasonló pirosító hatást tapasztaltam, amikor véletlen úgy hagytam a világítás időzítőjét fix állásban, és egész este ment a fény. Ez természetesen nem követendő példa, hiszen ez a halaknak stresszfaktor, mindössze említést érdemel.
A tápanyagokkal is lehet játszani, egy normál és kiegyensúlyozott(!) tápozásba beillesztett néhányszori nagyobb vas adag is fokozhatja a színeket rövid ideig, mivel az extra vas mint kofaktor fokozhatja a pigmentek képződését. (ezzel a módszerrel bánjunk óvatosan, hisz a megnövelt vas koncentráció a vízben más tápelemek felvételét gátolhatja.)
Jó pár akvarista a világítás spektrumával is elér erőteljesebb vörös színeket, ha a világításban a piros színt kicsit "túltolja", ebben az esetben viszont az általam "halott zöld"-nek nevezett jelenség áll elő, mivel a fény zöld hullámhossz tartományát ilyenkor a piros elnyomja(vagy alapból kevés a zöld), így amelyik növénynek alapból zöldnek kéne lennie, az is inkább fehéres-sárgás-rózsaszínes lehet. Ezt a hatást megfelelően erős, zöldet is tartalmazó fehér fényforrással lehet kiküszöbölni, ebben az esetben bár halványul kicsit a piros szín, de még megfelelően esztétikus marad. A képeken azt a folyamatábrát mutatom be szemléltetésként, ahol az akvárium fölé egyre több piros-kék színt rakok, ezzel a zöld szín egyre halványodik, az élénk színek pedig fokozódnak. Megfelelő színösszeállítás esetén viszont létre lehet hozni enyhe kompromisszumokkal esztétikus zöld, és élénk vörös színeket is. (megjegyzés: a legelső kép pár nappal korábban készült kép, ez az eredeti felállás volt)







Színt fokozni lehet még különböző adalékokkal, amik a vas felvételét segítik. Ezek lehetnek különböző szerves savak, kelátok, hormonok, néhány kiegészítő tápsó tartalmazza ezeket.

Források:

Barbara Demmig-Adams, Carotenoids and photoprotection in plants:
A role for the xanthophyll zeaxanthin. Department of Environmental, Population, and Organismic Biology, University of Colorado, Boulder, CO (U.S.A.)
(1990)

Barbara Demmig-Adams, Adam M. Gilmore, William W. Adams: In vivo functions of carotenoids in higher plants. Depment of Environmental, Organismic, and Population Biology, University of Colorado, Boulder, Department of Plant Biology, University of Illinois, Urbana, Ilinois, USA (1996)

H. V. Marsh, Jr., H. J. Evans, and G. Matrone: Investigations of the Role of Iron in Chlorophyll Metabolism. Effect of Iron Deficiency on Chlorophyll Synthesis. North Carolina State College, Raleigh.

A. S. Shetty and G. W. Miller: Influence of Iron Chlorosis on Pigment and Protein Metabolism
in Leaves of Nicotiana Tabacum L.Botany Department, Utah State University, Logan, Utah (1965)

A. E. Solovchenko, Khozin-Goldberg, S. Didi-Cohen, Z. Cohen, M. N. Merzlyak: Effects of Light and Nitrogen Starvation on the Content and Composition of Carotenoids of the Green Microalga
Parietochloris incisa. Department of Physiology of Microorganisms, Faculty of Biology, Moscow State University, Vorob’evy gory, Moscow, 119991 Russia. (2007)

Bevezetés
A low-tech akváriumban - a legegyszerűbb definíció szerint a mesterséges szén-dioxid adagolás nélküli olyan akvárium, ahol a növények igényeire is figyelmet fordítunk -  a szén alapvetően egy limitáló tényező. A növények köztudottan a fotoszintézis során a glükózt(C6H12O6) többek között szén-dioxid(CO2) felhasználásával állítják elő. Vízben ez a tápanyag alap esetben tehát igen korlátozott mértékben fordul elő. De még is mennyi az annyi?

A méréseim során arra a kérdésre kerestem a választ, hogy különböző karbonátkeménységű vizek esetében, ha elég időt hagyok arra, hogy a szén-dioxid koncentráció a vízben elérje az egyensúlyi szintet, mekkora pH értéket fog eredményezni, és így mennyi lesz a vízben a szabad szén-dioxid koncentrációja. Az értékeket "steril" környezetben végeztem, így, mivel az akváriumban sokkal többféle anyag fordul elő, ami a pH-t befolyásolhatja, a mért és számolt értékek valószínűleg kismértékben eltérnek a valóságtól.
Viszont a pH-t az akváriumban nagymértékben a víz lúgossága adja, így KH méréssel jó közelítéssel valósághű adatokat kaphatunk. (A KH mérés valójában a víz lúgosságának mérése. Lúgosság: A víznek a savakkal szembeni "ellenálló képessége")

A hipotézisem az volt, hogy a KH növekedése esetén a pH először meredekebben, majd kissé enyhülő meredekséggel fog növekedni, így a szén-dioxid egyensúlyi koncentrációja is csak alacsonyabb KH értékeknél lesz számottevő. Kerestem továbbá azt a szén-dioxid koncentrációt, ami egy tipikus csapvizet használó hobbista akváriumában előfordulhat.

Felhasznált eszközök és módszerek
A mérésekhez 300 ml-es műanyag dobozt használtam, a tisztított vizet egy Aqua Medic 90 RO-készülékkel készítettem( TDS értéke 7-10 ppm a tisztított víznek). A pH mérő egy Adwa márkájú műszer volt, frissen kalibrálva( a mérések alatt többször is) Hanna kalibráló pufferoldatokkal.
A különböző nk értékű mintákat csapvízzel való keveréssel állítottam elő, az első minta 0 nk, a 14. minta 16,9 nk értékű lett. A két szélső érték között próbáltam egyenletesen felosztani az nk értékeket.
A grafikonokat az adatokból excellel generáltam, a szén-dioxid értékeket pedig az interneten publikus KH-pH-CO2 kalkulátorral számoltam ki a mért KH és pH értékeimből.

Eredmények
A kapott eredményeket az alábbi 2 grafikon foglalja össze:




Kimondhatjuk, hogy a hipotézis helytálló volt. Az alacsonyabb KH értékű vízmintáknál a pH igen alacsony volt, kezdetben a KH érték emelkedésével meredeken, majd csökkenő meredekséggel emelkedett.

A szén-dioxid tartalom kezdetben igen magas (0 értékhez nem tudtam rendelni CO2-értéket, de az azt követő értékből következve valószínűleg 20 ppm felett van), majd meredeken csökken, és végül majdnem vízszintes lesz a görbe.

Eredmények elemzése, és az azokból való következtetés

A KH-pH-CO2 összefüggése

A tiszta víz pH-ja pontosan 7-es érték, a desztillált víz megforralva pontosan ilyen értéket fog adni. Viszont, a szabad levegőn hagyott víz nem marad pH 7-es, mivel a légkörből beoldódó szén-dioxid gáz a savas irányba fogja eltolni, mivel ilyenkor nincs a vízben puffer, ami a sav hatását semlegesítené.
Ez a puffer főként a HCO3- ion, aminek mennyiségét gyakorlatilag a KH nk értéke fogja megadni. Minél magasabb a KH értéke, a víz annál lúgosabb lesz. Mivel ismert a KH, pH, CO2 mennyiségi összefüggése, kettő változó ismeretében a harmadik számolható.

Nekünk, növényes akvaristáknak az adott KH érték esetén mérhető pH, és a szabad szén-dioxid mennyisége is fontos.
A pH azért, mert a növények tápanyag felvétele erősen pH függő. Lúgos pH-n nagyon sok tápanyag(főleg mikroelemek) felvétele gátolt, így a növények számára kedvezőbb semleges - enyhén savas tartományt célszerű elérni. Mondhatjuk úgy is, hogy a 0-1 nk-s KH elérése a cél, ha csak azt tekintjük, hogy a növényeknek mi a legjobb (természetesen vannak olyan növények, amik jobban teljesítenek több KH esetén és magasabb pH-n, de a részarányuk a tartott növénypalettán csekély. A tapasztalataim szerint ide tartozik pl. a Vallisneria nemzetség, és a Pogostemon helferi is).

Ugyanez az elv vonatkozik a KH - CO2 kapcsolatára is. Minél kisebb a KH, annál kevesebb CO2-t "fog le", tehát az alacsonyabb KH, és így alacsonyabb pH több CO2-t jelent a vízben, a szabad CO2 pedig a legjobban hasznosítható szénforma a vízben. A KH-CO2 kapcsolatát bemutató grafikonon ez jól látszik.

A méréseim alapján az egyensúlyi CO2 koncentráció, ha a a szén-dioxid mennyiségét a légkörre bízzuk, 15-20 ppm-től(0-0,6 nk KH) 1,5-2 ppm-es(17-20< nk) értékig változhat, így közel egy nagyságrend a különbség.

Ez a tény, mivel a szén mennyisége döntő egy low-tech akváriumban, jelentős különbségnek mondható, és ezt támasztják alá a tapasztalatok is.
Ha lágyítjuk a vizet, a növények jelentős mennyiségű extra szénhez jutnak, és ez meg fog látszódni a "fogyasztásukon" is. A növények a kemény vízhez(10-15< nk KH) képest a lágy vízben(2-3 nk KH) többszörös mennyiségű tápanyagot is igényelhetnek, és a növekedési sebessége is felgyorsul számos fajnak, főleg azok, amik a lúgos vízben előforduló, nehezebben felvehető szénformát csak kis hatékonysággal tudják hasznosítani.