Студен стрес в растенията - биология
Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?
Антибиотици от бактерии
Клетъчна миграция: новооткрита функция на известен протеин
Молекулярен компас за подравняване на клетките
Какво кара листата да стареят през есента
Демокрацията на лешоядите токачки
Околната среда на Ekembo: Хората също живееха в открити пейзажи
| Генетика | Земеделие, горско стопанство и животновъдство
Сортът пшеница е създаден чрез кръстосване на диви треви
Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?
Студен стрес при растенията
Студен стрес при растенията се отнася до стрес, излагане на външни фактори на растения при ниски температури. При тропическите растения вече може да съществува смъртоносен студен стрес при +10 ° C. Студеният стрес включва и въздействието на замръзване, температури под точката на замръзване на водата. Способността да преживява замръзване е известна като устойчивост на замръзване.
Географско разпределение
Една трета от сушата никога не е засегната от замръзване. Това са тропическите райони, с изключение на високите планини; в близост до брега, районите без замръзване също се простират над тропиците. На около 43% от сушата има силна слана със средногодишен минимум под -20 ° C. Растенията могат да се подготвят за периодично повтарящи се студове; те понасят щети само в изключително студени зими. Епизодичните замръзващи събития като късните студове обикновено достигат само от −5 до −8 ° C, но могат да бъдат опасни за растенията, тъй като мразът ги удря по време на чувствителни фази от живота. В тропическите високи планини студът се случва всяка вечер, тези студове достигат от −10 до −12 ° C, но продължават само няколко часа (климатът се променя).
Първични студени ефекти
При по-ниски температури химичните процеси протичат по-бавно и равновесните реакции се изместват към освобождаването на енергия (принципът на Шателие). За растенията това означава по-малко енергия от действащия метаболизъм, по-малко абсорбция на хранителни вещества и вода от почвата, по-малко продуктивни биосинтези и в резултат на това спиране на растежа. Индивидуалните жизнени процеси са различно чувствителни към студа. Първо, протоплазменият поток спира и фотосинтезата спира много бързо. Плазмолизата и жизненото оцветяване се запазват най-дълго.
Растения, чувствителни към студ
Растенията или растителните органи, чувствителни към студ, умират при температури между +10 и 0 ° C. Те включват много тропически растения, а често и цветя и плодове на растения, чиито други органи са доста нечувствителни към студа. Степента на увреждане на студа при растителен вид зависи от дълбочината на охлаждане, продължителността и скоростта на охлаждане или претопляне. Първите щети обикновено все още са обратими. Първо, липидите на биомембраната преминават от течно-кристално в гелоподобно състояние. Това намалява селективността на мембраната, обменът на вещества между клетъчните отделения вече не се контролира адекватно и клетъчните съставки могат да се разпространяват навън. Фотосинтезата се инхибира, дишането се увеличава. Метаболизмът става небалансиран. Метаболитите на стрес и токсичните метаболитни продукти могат да се натрупват, което в крайна сметка води до клетъчна смърт и по-нататък до смърт на органи или цялото растение.
Замръзване
Когато замръзва, местоположението на образуването на лед е от съществено значение. При растенията първо се създава лед на местата, които охлаждат най-бързо и най-лесно замръзват. Така че в най-изложените растителни органи и след това в междуклетъчните области на листата, най-вече игли и периферни съдови снопове. От тези места образуването на лед бързо напредва по съдовите снопчета и в хомогенната тъкан. Lignified/cutinized клетъчни стени пречат на разпространението на образуването на лед.
Богатите на вода, невтвърдени клетки замръзват вътреклетъчно. Ледените кристали, които се развиват вътре в клетката, обикновено разрушават жизненоважни структури на плазмата. Често обаче ледът се образува извън протопласта в междуклетъчните области или между клетъчната стена и протопласта. Тогава това извънклетъчно образуване на лед действа като дехидратация, водата от протопластите се изтегля, има концентрация на разтворените вещества. Клетъчните мембрани са осмотично стресирани и клетките се свиват. От определена степен на дехидратация клетките са необратимо увредени.
Оцеляване при излагане на замръзване
Растенията, които растат в райони, склонни към замръзване, са разработили различни стратегии за оцеляване след тези замръзващи събития.
Защита от замръзване
Защитата срещу замръзване се състои от топлоизолация и намаляване на топлинното излъчване. Примери за това са оттеглянето на зимуващите органи под мулч от листа или под земята (геофити) или проливането на чувствителни към замръзване органи преди настъпването на периодите на замръзване - например падането на листа от дървесни растения. В тропическите високи планини на гигантските розетни растения за кратките нощни студове е достатъчно да се затворят листата над чувствителните върхове на издънките, за да се намали охлаждането.
Депресия с точка на замръзване и хипотермия
Намаляването на точката на замръзване е стратегия за предотвратяване на замръзването на водата в протоплазмата при температури под 0 ° C. Разтворените вещества, които са активно обогатени в клетъчния сок, понижават точката на замръзване до средно от -1 до -5 ° C. Представлява умерена, но безопасна защита от замръзване.
Хипотермията е лабилна при богат на вода едроклетъчен паренхим и в ксилемата (преходна хипотермия) и може да се поддържа тук само за няколко часа. Измръзването избухва, когато следният механизъм не работи достатъчно бързо.
Трета форма на защита е преместеното образуване на лед. Винаги се среща в ксилемата и в някои семена, пъпки и в тъканта на кората и се състои във факта, че водата от тъканите преминава в междуклетъчните или други кухини, напр. неактивен Xylemelemnte, се прехвърля и тук замръзва на лед. По този начин клетъчният сок се концентрира и по този начин се забавя вътреклетъчното замразяване.
При някои особено устойчиви на замръзване дървесни видове в протоплазмата настъпва витрификация. Това се постига чрез високи концентрации на захароза и други захари. В това състояние растенията могат да издържат на температури, близки до абсолютната нула.
Устойчивост на замръзване
Устойчиви на замръзване (устойчиви на замръзване) растения могат да оцелеят при замръзването на своята протоплазма. Тази форма на устойчивост на замръзване е необходима в райони със силна слана. В биомембраната се вграждат студоустойчиви фосфолипиди, за да се постигне устойчивост на замръзване, а в цитоплазмата се натрупват разтворими въглехидрати, полиоли, нискомолекулни азотни съединения (аминокиселини, полиамини) и водоразтворими протеини. Протеините за защита от замръзване (AFP), хидрофилните протеини, които се свързват необратимо с ледените кристали и предотвратяват по-нататъшния им растеж, играят роля за предотвратяване на замръзването. AFP са известни главно от издръжливи култури (ръж, пшеница, ечемик и др.).
Втвърдяване
Растенията не винаги са устойчиви на замръзване. На практика всички растения са чувствителни към студ по време на фазите на растеж. Сухоземните растения в сезонен климат придобиват способността да оцеляват при образуването на лед през есента чрез процеси на втвърдяване. Предпоставката за това е спирането на растежа. В случай на много дървесни растения, втвърдяването се постига чрез продължително излагане на ниски температури близо до точката на замръзване. По време на процеса на предварително втвърдяване се натрупват захар и други вещества, клетките губят вода и вакуолата се пука в много малки вакуоли. В следващия етап биомембраните и ензимите се ремоделират, след което клетките толерират дехидратацията чрез образуване на извънклетъчен лед.
Косвени ефекти на замръзване
Зимните студове често се случват заедно с други влияния на околната среда. Те включват замръзване на водата в земята, снеговалежи и образуване на снежна покривка. Дългата снежна покривка намалява вегетационния сезон поради липса на светлина. Това води до 20 до 30, в екстремни случаи до 70%, загуби на добив при използване на пасища на ски писти. Слоевете лед пречат на растенията да обменят газове. Замръзването на земята, заедно с малко снежна покривка, причинява замръзване и сухота.