Pierwsza linia obrony rośliny przed stresem abiotycznym znajduje się w jej korzeniach. Jeśli gleba, w której znajduje się roślina, jest zdrowa i biologicznie zróżnicowana, roślina będzie miała większe szanse na przetrwanie warunków stresowych.
Roślinne reakcje na stres zależą od tkanki lub organu dotkniętego przez stres. Na przykład, odpowiedzi transkrypcyjne na stres są specyficzne dla tkanki lub komórki w korzeniach i są dość różne w zależności od stresu involved.
Jedną z podstawowych odpowiedzi na stres abiotyczny, taki jak wysokie zasolenie jest zaburzenie stosunku Na+/K+ w cytoplazmie komórki roślinnej. Wysokie stężenie Na+, na przykład, może zmniejszyć zdolność do pobierania wody przez roślinę, a także zmienić funkcje enzymów i transporterów. Ewolucyjne adaptacje do skutecznego przywrócenia komórkowej homeostazy jonowej doprowadziły do powstania szerokiej gamy roślin odpornych na stres.
Fakultacja, czyli pozytywne interakcje między różnymi gatunkami roślin, to skomplikowana sieć powiązań w środowisku naturalnym. W ten sposób rośliny współpracują ze sobą. W obszarach wysokiego stresu, poziom ułatwień jest szczególnie wysoki, jak również. Może to być prawdopodobnie dlatego, że rośliny potrzebują silniejszej sieci, aby przetrwać w surowszym środowisku, więc ich interakcje między gatunkami, takie jak zapylanie krzyżowe lub mutualistyczne działania, stają się bardziej powszechne, aby poradzić sobie z surowością ich habitat.
Rośliny również dostosować bardzo różnie od siebie, nawet z roślin żyjących w tym samym obszarze. Kiedy grupa różnych gatunków roślin została skłoniona przez szereg różnych sygnałów stresu, takich jak susza lub zimno, każda roślina odpowiedziała unikalnie. Prawie żadna z reakcji nie była podobna, nawet jeśli rośliny przyzwyczaiły się do dokładnie tego samego środowiska domowego.
Gleby serpentynitowe (media o niskim stężeniu składników odżywczych i wysokim stężeniu metali ciężkich) mogą być źródłem stresu abiotycznego. Początkowo absorpcja jonów metali toksycznych jest ograniczona przez wykluczenie błony komórkowej. Jony, które są wchłaniane do tkanek są sekwestrowane w wakuolach komórkowych. Ten mechanizm sekwestracji jest ułatwiany przez białka znajdujące się na błonie wakuoli. Przykładem roślin, które przystosowują się do gleby serpentynitowej są Metallophytes, lub hiperakumulatory, ponieważ są one znane z ich zdolności do absorpcji metali ciężkich za pomocą translokacji od korzenia do pędu (które będą wchłaniać do pędów, a nie do samej rośliny). Są one również wygaszane za ich zdolność do absorbowania substancji toksycznych z metali ciężkich.
Chemiczne gruntowanie zostało zaproponowane w celu zwiększenia tolerancji na stresy abiotyczne w roślinach uprawnych. W tej metodzie, która jest analogiczna do szczepienia, czynniki chemiczne wywołujące stres są wprowadzane do rośliny w krótkich dawkach tak, że roślina zaczyna przygotowywać mechanizmy obronne. W ten sposób, gdy stres abiotyczny występuje, roślina ma już przygotowane mechanizmy obronne, które mogą być aktywowane szybciej i zwiększyć tolerancję.
Impact on Food Production
Stres abiotyczny głównie dotknięte roślin, które są w przemyśle rolniczym. Głównie z powodu ich stałej potrzeby dostosowania mechanizmów poprzez skutki zmian klimatycznych, takich jak zimno, susza, zasolenie, ciepło, toksyny, itp.
- Ryż (Oryza sativa) jest klasycznym przykładem. Ryż jest podstawową żywnością na całym świecie, zwłaszcza w Chinach i Indiach. Rośliny ryżu doświadczają różnych rodzajów stresów abiotycznych, takich jak susza i wysokie zasolenie. Te warunki stresowe mają negatywny wpływ na produkcję ryżu. Różnorodność genetyczna została zbadana wśród kilku odmian ryżu o różnych genotypach przy użyciu markerów molekularnych.
- Ciecierzyca doświadcza suszy, która wpływa na jej produkcję, ponieważ została uznana za jedną z najważniejszych żywności do wykorzystania na całym świecie.
- Pszenica jest jedną z głównych upraw, które są głównie dotknięte suszą, ponieważ brak wody wpływa na rozwój roślin, przez co liście usychają w procesie.
- Kukurydza ma kilka czynników, które wpływają na samą uprawę. Podstawowymi przykładami są wysoka temperatura i susza, które były odpowiedzialne za zmiany w rozwoju roślin i utratę plonów kukurydzy, odpowiednio…
- Soybean nie tylko wpływa na roślinę sam z suszy, ale także produkcji rolnej, ponieważ świat opiera się na soi dla swojego źródła białka.
Stres solny w roślinachEdit
Zasolenie gleby, akumulacja soli rozpuszczalnych w wodzie do poziomu, który negatywnie wpływa na produkcję roślinną, jest zjawiskiem globalnym wpływającym na około 831 milionów hektarów ziemi. Dokładniej rzecz ujmując, zjawisko to zagraża 19,5% nawadnianych gruntów rolnych na świecie i 2,1% nienawadnianych (suchych) gruntów rolnych na świecie. Wysoka zawartość soli w glebie może być szkodliwa dla roślin, ponieważ sole rozpuszczalne w wodzie mogą zmieniać gradienty potencjału osmotycznego i w konsekwencji hamować wiele funkcji komórkowych. Na przykład, wysoka zawartość soli w glebie może hamować proces fotosyntezy poprzez ograniczenie pobierania wody przez roślinę; wysoki poziom soli rozpuszczalnych w wodzie w glebie może zmniejszyć potencjał osmotyczny gleby i w konsekwencji zmniejszyć różnicę w potencjale wodnym między glebą a korzeniami rośliny, ograniczając w ten sposób przepływ elektronów z H2O do P680 w centrum reakcji Fotosystemu II.
Przez pokolenia wiele roślin zmutowało i zbudowało różne mechanizmy przeciwdziałania skutkom zasolenia. Dobrym środkiem walki z zasoleniem w roślinach jest hormon etylen. Etylen jest znany z regulowania wzrostu i rozwoju roślin oraz radzenia sobie z warunkami stresowymi. Wiele centralnych białek błonowych w roślinach, takich jak ETO2, ERS1 i EIN2, jest wykorzystywanych do sygnalizacji etylenu w wielu procesach wzrostu roślin. Mutacje w tych białkach mog± prowadzić do zwiększonej wrażliwo¶ci na sól i ograniczać wzrost ro¶lin. Wpływ zasolenia był badany na roślinach Arabidopsis, u których zmutowano białka ERS1, ERS2, ETR1, ETR2 i EIN4. Białka te są wykorzystywane do sygnalizacji etylenu przeciwko pewnym warunkom stresowym, takim jak sól, a prekursor etylenu ACC jest wykorzystywany do tłumienia wrażliwości na stres solny.
Głód fosforanowy w roślinachEdit
Fosfor (P) jest niezbędnym makroelementem wymaganym do wzrostu i rozwoju roślin, ale większość gleby na świecie jest ograniczona w ten ważny składnik odżywczy roślin. Rośliny mogą wykorzystywać P głównie w postaci, jeśli rozpuszczalny fosforan nieorganiczny (Pi), ale są narażone na abiotyczny stres ograniczenia P, gdy nie ma wystarczającej ilości rozpuszczalnego PO4 dostępne w glebie. Fosfor tworzy nierozpuszczalne kompleksy z Ca i Mg w glebach alkalicznych oraz z Al i Fe w glebach kwaśnych, co czyni go niedostępnym dla korzeni roślin. W przypadku ograniczonej ilości biodostępnego P w glebie, rośliny wykazują rozległe fenotypy stresu abiotycznego, takie jak krótkie korzenie pierwotne i więcej korzeni bocznych oraz włośników korzeniowych w celu zwiększenia powierzchni dostępnej dla absorpcji Pi, wydzielanie kwasów organicznych i fosfatazy w celu uwolnienia Pi z kompleksu P zawierającego cząsteczki i udostępnienia go dla rosnących organów roślin. Wykazano, że PHR1, czynnik transkrypcyjny związany z MYB, jest głównym regulatorem odpowiedzi na głód P w roślinach. PHR1 również wykazano, aby regulować rozległe przebudowy lipidów i metabolitów podczas stresu ograniczenia fosforu
Stres suszyEdit
Stres suszy zdefiniowany jako naturalnie występujący deficyt wody jest jedną z głównych przyczyn strat upraw w świecie rolniczym. Wynika to z faktu, że woda jest niezbędna w tak wielu podstawowych procesach wzrostu roślin. W ostatnich latach szczególnie ważne stało się znalezienie sposobu na zwalczanie stresu suszy. Spadek opadów, a następnie wzrost suszy są bardzo prawdopodobne w przyszłości ze względu na wzrost globalnego ocieplenia. Rośliny wymyśliły wiele mechanizmów i przystosowań, aby spróbować poradzić sobie ze stresem suszy. Jednym z głównych sposobów, w jaki rośliny zwalczają stres związany z suszą, jest zamykanie aparatów szparkowych. Kluczowym hormonem regulującym otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych jest kwas abscysynowy (ABA). Synteza ABA powoduje, że ABA wiąże się z receptorami. Wiązanie to wpływa na otwarcie kanałów jonowych, zmniejszając w ten sposób ciśnienie turgoru w aparacie szparkowym i powodując jego zamknięcie. Ostatnie badania, przeprowadzone przez Gonzalez-Villagra, i wsp. wykazały, jak poziom ABA wzrósł w roślinach poddanych stresowi suszy (2018). Wykazali, że kiedy rośliny zostały umieszczone w sytuacji stresowej, produkowały więcej ABA, aby spróbować zachować jakąkolwiek wodę, którą miały w swoich liściach. Innym niezwykle ważnym czynnikiem w radzeniu sobie ze stresem suszy i regulowaniu pobierania i eksportu wody są akwaporyny (AQPs). AQPs są integralnymi białkami błonowymi, które tworzą kanały. Głównym zadaniem tych kanałów jest transport wody i innych niezbędnych rozpuszczalników. AQPs są regulowane transkrypcyjnie i post transkrypcyjnie przez wiele różnych czynników, takich jak ABA, GA3, pH i Ca2+, a specyficzny poziom AQPs w niektórych częściach rośliny, takich jak korzenie czy liście, pomaga wciągnąć jak najwięcej wody do rośliny. Poprzez zrozumienie zarówno mechanizmu AQPs i hormonu ABA, naukowcy będą w stanie lepiej produkować rośliny odporne na suszę w przyszłości.
Jedną ciekawą rzeczą, która została znaleziona w roślinach, które są konsekwentnie narażone na suszę, jest ich zdolność do tworzenia rodzaju „pamięci”. W badaniu przeprowadzonym przez Tombesi et al., znaleźli rośliny, które wcześniej były narażone na suszę były w stanie wymyślić rodzaj strategii, aby zminimalizować utratę wody i zmniejszyć zużycie wody. Odkryli oni, że rośliny, które były narażone na warunki suszy, faktycznie zmieniły sposób, w jaki regulowały swoje stomaty i to, co nazwali „hydraulicznym marginesem bezpieczeństwa”, aby zmniejszyć wrażliwość rośliny. Poprzez zmianę regulacji stomata, a następnie transpiracji, rośliny były w stanie funkcjonować lepiej w sytuacjach, w których dostępność wody spadła.
.