První obranná linie rostliny proti abiotickému stresu je v jejích kořenech. Pokud je půda, v níž se rostlina nachází, zdravá a biologicky rozmanitá, má rostlina větší šanci přežít stresové podmínky.
Reakce rostlin na stres závisí na tkáni nebo orgánu, který je stresem zasažen. Například transkripční reakce na stres jsou u kořenů specifické pro tkáň nebo buňku a jsou zcela odlišné v závislosti na příslušném stresu.
Jednou z primárních reakcí na abiotický stres, jako je vysoká salinita, je narušení poměru Na+/K+ v cytoplazmě rostlinné buňky. Vysoké koncentrace Na+ mohou například snížit schopnost rostliny přijímat vodu a také změnit funkce enzymů a transportérů. Vyvinuté adaptace k účinnému obnovení buněčné iontové homeostázy vedly ke vzniku široké škály rostlin odolných vůči stresu.
Facilitace neboli pozitivní interakce mezi různými druhy rostlin je složitá síť asociací v přírodním prostředí. Je to způsob, jakým rostliny spolupracují. V oblastech s vysokým stresem je úroveň facilitace také obzvláště vysoká. Důvodem může být pravděpodobně to, že rostliny potřebují silnější síť, aby přežily v drsnějším prostředí, a tak se jejich vzájemné interakce mezi druhy, jako je křížové opylování nebo mutualistické působení, stávají běžnějšími, aby se vyrovnaly s náročností svého prostředí.
Rostliny se také navzájem velmi odlišně přizpůsobují, a to i rostliny žijící ve stejné oblasti. Když byla skupina různých druhů rostlin podněcována různými stresovými signály, například suchem nebo chladem, každá rostlina reagovala jedinečně. Téměř žádná z reakcí nebyla podobná, přestože si rostliny zvykly na naprosto stejné domácí prostředí.
Serózní půdy (média s nízkou koncentrací živin a vysokou koncentrací těžkých kovů) mohou být zdrojem abiotického stresu. Zpočátku je absorpce toxických kovových iontů omezena vyloučením buněčné membrány. Ionty, které jsou absorbovány do tkání, jsou sekvestrovány v buněčných vakuolách. Tento mechanismus sekvestrace je usnadněn proteiny na membráně vakuol. Příkladem rostlin, které se přizpůsobují hadcové půdě, jsou metalofyty neboli hyperakumulátory, neboť jsou známé svou schopností absorbovat těžké kovy pomocí translokace z kořene do výhonů (které absorbuje do výhonů spíše než rostlina sama). Jsou také vyhaslé pro svou schopnost absorbovat toxické látky z těžkých kovů.
K zvýšení tolerance k abiotickým stresům u kulturních rostlin byl navržen chemický priming. Při této metodě, která je obdobou očkování, se do rostliny v krátkých dávkách vpravují chemické látky vyvolávající stres, aby rostlina začala připravovat obranné mechanismy. Když tedy dojde k abiotickému stresu, rostlina již má připravené obranné mechanismy, které se mohou rychleji aktivovat a zvýšit toleranci.
Vliv na produkci potravin
Abiotický stres většinou postihuje rostliny, které jsou v zemědělském průmyslu. Hlavně kvůli jejich neustálé potřebě přizpůsobovat mechanismy vlivům klimatických změn, jako je chlad, sucho, zasolení, horko, toxiny atd.
- Klasickým příkladem je rýže (Oryza sativa). Rýže je základní potravinou na celém světě, zejména v Číně a Indii. Rostliny rýže jsou vystaveny různým typům abiotických stresů, jako je sucho a vysoká salinita. Tyto stresové podmínky mají negativní dopad na produkci rýže. Genetická diverzita byla studována mezi několika odrůdami rýže s různými genotypy pomocí molekulárních markerů.
- Cizrna zažívá sucho, které ovlivňuje její produkci, protože byla považována za jednu z nejvýznamnějších potravin, které se používají na celém světě.
- Pšenice je jednou z hlavních plodin, které jsou nejvíce postiženy suchem, protože nedostatek vody by ovlivnil vývoj rostlin, čímž by došlo k uschnutí listů.
- U kukuřice působí několik faktorů, které ovlivňují samotnou plodinu. Hlavními příklady jsou vysoká teplota a sucho, které byly zodpovědné za změny ve vývoji rostlin a za ztrátu úrody kukuřice, resp.
- Sóju neovlivňuje pouze samotná rostlina v důsledku sucha, ale také zemědělská produkce, protože svět se spoléhá na sóju jako na zdroj bílkovin.
Slaný stres u rostlinEdit
Zasolení půdy, tedy nahromadění ve vodě rozpustných solí na úroveň, která negativně ovlivňuje rostlinnou produkci, je celosvětovým jevem postihujícím přibližně 831 milionů hektarů půdy. Konkrétně tento jev ohrožuje 19,5 % světové zavlažované zemědělské půdy a 2,1 % světové nezavlažované (suché) zemědělské půdy. Vysoký obsah solí v půdě může být pro rostliny škodlivý, protože soli rozpustné ve vodě mohou měnit gradienty osmotického potenciálu a následně inhibovat mnoho buněčných funkcí. Například vysoký obsah solí v půdě může inhibovat proces fotosyntézy tím, že omezuje příjem vody rostlinou; vysoké hladiny vodorozpustných solí v půdě mohou snížit osmotický potenciál půdy a následně snížit rozdíl vodního potenciálu mezi půdou a kořeny rostliny, a tím omezit tok elektronů z H2O do P680 v reakčním centru fotosystému II.
V průběhu generací mnoho rostlin zmutovalo a vytvořilo si různé mechanismy, jak působení zasolení čelit. Dobrým bojovníkem proti zasolení je u rostlin hormon etylen. Etylen je známý tím, že reguluje růst a vývoj rostlin a vyrovnává se se stresovými podmínkami. Mnoho centrálních membránových proteinů v rostlinách, jako jsou ETO2, ERS1 a EIN2, slouží k signalizaci ethylenu v mnoha růstových procesech rostlin. Mutace v těchto proteinech mohou vést ke zvýšené citlivosti na soli a mohou omezovat růst rostlin. Účinky zasolení byly studovány na rostlinách Arabidopsis, které mají mutované proteiny ERS1, ERS2, ETR1, ETR2 a EIN4. Tyto proteiny slouží k signalizaci ethylenu proti určitým stresovým podmínkám, jako je například sůl, a prekurzor ethylenu ACC slouží k potlačení případné citlivosti na stres způsobený solí.
Fosfátový hlad u rostlinEdit
Fosfor (P) je základní makronutrient potřebný pro růst a vývoj rostlin, ale většina půdy na světě má omezený obsah této důležité rostlinné živiny. Rostliny mohou využívat P především ve formě rozpustného anorganického fosfátu (Pi), ale jsou vystaveny abiotickému stresu z omezení P, pokud není v půdě k dispozici dostatečné množství rozpustného PO4. Fosfor tvoří nerozpustné komplexy s Ca a Mg v alkalických půdách a s Al a Fe v kyselých půdách, což ho činí nedostupným pro kořeny rostlin. Při omezeném množství biologicky dostupného P v půdě vykazují rostliny rozsáhlý fenotyp abiotického stresu, jako jsou krátké primární kořeny a více postranních kořenů a kořenových vlásků, aby byl k dispozici větší povrch pro absorpci Pi, exudace organických kyselin a fosfatáza, která uvolňuje Pi z komplexních molekul obsahujících P a zpřístupňuje ho rostoucím orgánům rostlin. Bylo prokázáno, že PHR1, transkripční faktor příbuzný MYB, je hlavním regulátorem reakce na hladovění P u rostlin. Bylo také prokázáno, že PHR1 reguluje rozsáhlou přestavbu lipidů a metabolitů během stresu z omezení fosforu
Stres suchemEdit
Stres suchem definovaný jako přirozeně se vyskytující nedostatek vody je jednou z hlavních příčin ztrát na úrodě ve světě zemědělství. Důvodem je nezbytnost vody pro mnoho základních procesů v růstu rostlin. V posledních letech se stalo obzvláště důležitým najít způsob, jak proti stresu ze sucha bojovat. Pokles srážek a následný nárůst sucha jsou v budoucnu velmi pravděpodobné v důsledku nárůstu globálního oteplování. Rostliny přišly s mnoha mechanismy a adaptacemi, aby se pokusily vypořádat se stresem ze sucha. Jedním z hlavních způsobů, jak rostliny bojují proti stresu ze sucha, je uzavírání průduchů. Klíčovým hormonem regulujícím otevírání a zavírání stomií je kyselina abscisová (ABA). Syntéza ABA způsobuje, že se ABA váže na receptory. Tato vazba pak ovlivňuje otevření iontových kanálů, čímž snižuje turgorový tlak ve stomech a způsobuje jejich uzavření. Nedávné studie Gonzalez-Villagra a kol. ukázaly, jak se hladina ABA zvyšuje u rostlin vystavených stresu ze sucha (2018). Ukázali, že když se rostliny dostanou do stresové situace, produkují více ABA, aby se pokusily zachovat veškerou vodu, kterou mají v listech. Dalším nesmírně důležitým faktorem při zvládání stresu ze sucha a regulaci příjmu a exportu vody jsou akvaporiny (AQP). AQPs jsou integrální membránové proteiny, které tvoří kanály. Hlavním úkolem těchto kanálů je transport vody a dalších potřebných rozpuštěných látek. AQPs jsou transkripčně i postranskripčně regulovány mnoha různými faktory, jako jsou ABA, GA3, pH a Ca2+, a specifické hladiny AQPs v určitých částech rostliny, jako jsou kořeny nebo listy, pomáhají nasát co nejvíce vody do rostliny. Pochopením mechanismu AQPs i hormonu ABA budou vědci v budoucnu schopni lépe produkovat rostliny odolné vůči suchu.
Jednou zajímavou věcí, která byla zjištěna u rostlin, které jsou trvale vystaveny suchu, je jejich schopnost vytvořit si jakousi „paměť“. Ve studii Tombesiho a spol. zjistili, že rostliny, které byly dříve vystaveny suchu, dokázaly vymyslet jakousi strategii, jak minimalizovat ztráty vody a snížit její spotřebu. Zjistili, že rostliny, které byly vystaveny podmínkám sucha, skutečně změnily způsob regulace svých žaludků a to, co nazvali „hydraulickou bezpečnostní rezervou“, aby snížily zranitelnost rostliny. Změnou regulace žaludků a následně transpirace byly rostliny schopny lépe fungovat v situacích, kdy se snížila dostupnost vody.
.