Prima linie de apărare a unei plante împotriva stresului abiotic se află în rădăcini. Dacă solul în care se află planta este sănătos și divers din punct de vedere biologic, planta va avea o șansă mai mare de a supraviețui condițiilor stresante.
Răspunsurile plantelor la stres depind de țesutul sau organul afectat de stres. De exemplu, răspunsurile transcripționale la stres sunt specifice țesutului sau celulei în rădăcini și sunt destul de diferite în funcție de stresul implicat.
Unul dintre răspunsurile primare la stresul abiotic, cum ar fi salinitatea ridicată, este perturbarea raportului Na+/K+ în citoplasma celulei vegetale. Concentrațiile ridicate de Na+, de exemplu, pot scădea capacitatea plantei de a absorbi apă și, de asemenea, pot altera funcțiile enzimelor și ale transportatorilor. Adaptările evoluate pentru restabilirea eficientă a homeostaziei ionice celulare au condus la o mare varietate de plante tolerante la stres.
Facilitarea, sau interacțiunile pozitive dintre diferite specii de plante, este o rețea complexă de asociere într-un mediu natural. Este modul în care plantele lucrează împreună. În zonele de stres ridicat, nivelul de facilitare este și el deosebit de ridicat. Este posibil ca acest lucru să se datoreze faptului că plantele au nevoie de o rețea mai puternică pentru a supraviețui într-un mediu mai aspru, astfel încât interacțiunile dintre specii, cum ar fi polenizarea încrucișată sau acțiunile mutualiste, devin mai frecvente pentru a face față severității habitatului lor.
Plantele se adaptează, de asemenea, foarte diferit unele de altele, chiar și de la o plantă care trăiește în aceeași zonă. Atunci când un grup de specii de plante diferite a fost incitat de o varietate de semnale de stres diferite, cum ar fi seceta sau frigul, fiecare plantă a răspuns în mod unic. Aproape niciunul dintre răspunsuri nu a fost similar, chiar dacă plantele se obișnuiseră cu exact același mediu de acasă.
Solurile serpentine (medii cu concentrații scăzute de nutrienți și concentrații ridicate de metale grele) pot fi o sursă de stres abiotic. Inițial, absorbția ionilor metalici toxici este limitată de excluderea membranei celulare. Ionii care sunt absorbiți în țesuturi sunt sechestrați în vacuolele celulare. Acest mecanism de sechestrare este facilitat de proteinele de pe membrana vacuolelor. Un exemplu de plante care se adaptează la solul serpentinizat sunt metalofiții sau hiperacumulatorii, aceștia fiind cunoscuți pentru capacitatea lor de a absorbi metalele grele prin translocația de la rădăcină la lăstari (pe care le va absorbi în lăstari și nu în planta însăși). Ele sunt, de asemenea, stinghere pentru capacitatea lor de a absorbi substanțe toxice din metale grele.
Amorsarea chimică a fost propusă pentru a crește toleranța la stresul abiotic la plantele de cultură. În această metodă, care este analogă cu vaccinarea, agenții chimici care induc stresul sunt introduși în plantă în doze scurte, astfel încât planta începe să pregătească mecanisme de apărare. Astfel, atunci când apare stresul abiotic, planta are deja pregătite mecanismele de apărare care pot fi activate mai repede și pot crește toleranța.
Impact asupra producției de alimente
Stresul antibiotic a afectat mai ales plantele care se află în industria agricolă. Mai ales din cauza nevoii constante a acestora de a-și ajusta mecanismele prin efectele schimbărilor climatice, cum ar fi frigul, seceta, salinitatea sării, căldura, toxinele etc.
- Rezul (Oryza sativa) este un exemplu clasic. Orezul este un aliment de bază în întreaga lume, în special în China și India. Plantele de orez se confruntă cu diferite tipuri de stres abiotic, cum ar fi seceta și salinitatea ridicată. Aceste condiții de stres au un impact negativ asupra producției de orez. Diversitatea genetică a fost studiată între mai multe soiuri de orez cu genotipuri diferite cu ajutorul markerilor moleculari.
- Ciuperca de năut se confruntă cu seceta, ceea ce îi afectează producția, deoarece a fost considerată unul dintre cele mai importante alimente care urmează să fie utilizate în întreaga lume.
- Grâul este una dintre culturile majore care sunt afectate în cea mai mare parte de secetă deoarece lipsa de apă ar afecta dezvoltarea plantelor, făcând astfel ca frunzele să se ofilească în acest proces.
- Mălaiul are câțiva factori care afectează cultura în sine. Exemplele principale sunt temperatura ridicată și seceta, care a fost responsabilă pentru schimbările în dezvoltarea plantelor și pentru pierderea culturilor de porumb, respectiv…
- Soia nu afectează doar planta în sine din cauza secetei, ci și producția agricolă, deoarece lumea se bazează pe soia ca sursă de proteine.
Stresul salin în planteEdit
Salinizarea solului, acumularea de săruri solubile în apă la niveluri care au un impact negativ asupra producției vegetale, este un fenomen global care afectează aproximativ 831 milioane de hectare de teren. Mai precis, fenomenul amenință 19,5% din terenurile agricole irigate din lume și 2,1% din terenurile agricole neirigate (terenuri uscate) din lume. Conținutul ridicat de salinitate a solului poate fi dăunător pentru plante, deoarece sărurile solubile în apă pot altera gradienții potențialului osmotic și, în consecință, pot inhiba multe funcții celulare. De exemplu, un conținut ridicat de salinitate a solului poate inhiba procesul de fotosinteză prin limitarea absorbției de apă de către o plantă; nivelurile ridicate de săruri solubile în apă din sol pot scădea potențialul osmotic al solului și, în consecință, pot scădea diferența de potențial de apă dintre sol și rădăcinile plantei, limitând astfel fluxul de electroni de la H2O la P680 în centrul de reacție al fotosistemului II.
De-a lungul generațiilor, multe plante au suferit mutații și au construit diferite mecanisme pentru a contracara efectele salinității. Un bun combatant al salinității la plante este hormonul etilenă. Etilena este cunoscută pentru reglarea creșterii și dezvoltării plantelor și pentru a face față condițiilor de stres. Multe proteine membranare centrale din plante, cum ar fi ETO2, ERS1 și EIN2, sunt utilizate pentru semnalizarea etilenei în multe procese de creștere a plantelor. Mutațiile în aceste proteine pot duce la o sensibilitate crescută la sare și pot limita creșterea plantelor. Efectele salinității au fost studiate pe plante Arabidopsis care au suferit mutații ale proteinelor ERS1, ERS2, ETR1, ETR2 și EIN4. Aceste proteine sunt utilizate pentru semnalizarea etilenei împotriva anumitor condiții de stres, cum ar fi sarea, iar precursorul etilenei, ACC, este utilizat pentru a suprima orice sensibilitate la stresul salin.
Foametea de fosfat la planteEdit
Fosforul (P) este un macronutrient esențial necesar pentru creșterea și dezvoltarea plantelor, dar cea mai mare parte a solului din lume este limitată în acest nutrient important pentru plante. Plantele pot utiliza P în principal sub formă de fosfat anorganic solubil (Pi), dar sunt supuse stresului abiotic de limitare a P atunci când nu există suficient PO4 solubil disponibil în sol. Fosforul formează complexe insolubile cu Ca și Mg în solurile alcaline și cu Al și Fe în solurile acide, ceea ce îl face indisponibil pentru rădăcinile plantelor. Atunci când P biodisponibil în sol este limitat, plantele prezintă un fenotip de stres abiotic extins, cum ar fi rădăcini primare scurte și mai multe rădăcini laterale și fire de păr pentru a face mai multă suprafață disponibilă pentru absorbția de Pi, exsudație de acizi organici și fosfatază pentru a elibera Pi din moleculele complexe care conțin P și a-l face disponibil pentru organele plantelor în creștere. S-a demonstrat că PHR1, un factor de transcripție legat de MYB, este un regulator principal al răspunsului la foametea de P la plante. S-a demonstrat, de asemenea, că PHR1 reglează remodelarea extensivă a lipidelor și a metaboliților în timpul stresului de limitare a fosforului
Stresul de secetăEdit
Stresul de secetă, definit ca un deficit de apă care apare în mod natural, este una dintre principalele cauze ale pierderilor de recolte în lumea agricolă. Acest lucru se datorează necesității apei în atât de multe procese fundamentale în creșterea plantelor. În ultimii ani, a devenit deosebit de important să se găsească o modalitate de combatere a stresului provocat de secetă. O scădere a precipitațiilor și o creștere ulterioară a secetei sunt extrem de probabile în viitor, din cauza creșterii încălzirii globale. Plantele au inventat numeroase mecanisme și adaptări pentru a încerca să facă față stresului provocat de secetă. Una dintre principalele modalități prin care plantele combat stresul provocat de secetă este închiderea stomatelor. Un hormon cheie care reglează deschiderea și închiderea stomatelor este acidul abscisic (ABA). Sinteza de ABA face ca ABA să se lege de receptori. Această legare afectează apoi deschiderea canalelor ionice, reducând astfel presiunea turgescenței în stomate și determinând închiderea acestora. Studii recente, realizate de Gonzalez-Villagra, et al. au arătat modul în care nivelurile de ABA au crescut în plantele afectate de secetă (2018). Aceștia au arătat că, atunci când plantele au fost plasate într-o situație de stres, acestea au produs mai mult ABA pentru a încerca să conserve apa pe care o aveau în frunze. Un alt factor extrem de important pentru a face față stresului provocat de secetă și pentru a regla absorbția și exportul de apă sunt aquaporinele (AQP). AQP-urile sunt proteine membranare integrale care alcătuiesc canale. Principala sarcină a acestor canale este transportul apei și al altor soluturi necesari. AQP-urile sunt reglementate atât transcripțional, cât și post-transcripțional de mulți factori diferiți, cum ar fi ABA, GA3, pH și Ca2+, iar nivelurile specifice de AQP-uri din anumite părți ale plantei, cum ar fi rădăcinile sau frunzele, ajută la atragerea cât mai multor cantități de apă în plantă. Prin înțelegerea atât a mecanismului AQPs, cât și a hormonului ABA, oamenii de știință vor fi mai capabili să producă în viitor plante rezistente la secetă.
Un lucru interesant care a fost descoperit la plantele care sunt expuse în mod constant la secetă, este capacitatea lor de a forma un fel de „memorie”. Într-un studiu realizat de Tombesi et al. au descoperit că plantele care au fost expuse anterior la secetă au fost capabile să elaboreze un fel de strategie pentru a minimiza pierderile de apă și a diminua consumul de apă. Aceștia au descoperit că plantele care au fost expuse la condiții de secetă și-au schimbat de fapt modul în care își reglează stomatele și ceea ce au numit „marja de siguranță hidraulică”, astfel încât să reducă vulnerabilitatea plantei. Prin schimbarea reglării stomatelor și, ulterior, a transpirației, plantele au fost capabile să funcționeze mai bine în situații în care disponibilitatea apei a scăzut.
.