Hideg stressz a növényekben - biológia
Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?
Antibiotikumok baktériumoktól
Sejtvándorlás: egy ismert fehérje újonnan felfedezett funkciója
Molekuláris iránytű a sejtek igazításához
Mi teszi a levelek öregedését ősszel
A keselyű gyöngytyúk demokráciája
Ekembo környezete: Az emberek nyílt tájakon is éltek
| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés
A búzafajtát vad füvek keresztezésével hozták létre
Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?
Hideg stressz a növényekben
Hideg stressz a növényekben a növények alacsony hőmérsékleten történő stresszére, a külső tényezőknek való kitettségre utal. A trópusi növényekben halálos hideg stressz már +10 ° C-on is fennállhat. A hideg stressz magában foglalja a fagy hatásait, a víz fagyáspontja alatti hőmérsékleteket is. A fagyállóság képessége fagyállóság néven ismert.
Földrajzi eloszlás
A szárazföldi terület egyharmadát soha nem érinti a fagy. Ezek a trópusi területek, a magas hegyek kivételével; a part közelében a fagymentes területek a trópusokon is kiterjednek. A szárazföldi terület körülbelül 43% -án súlyos fagy van, éves átlagos minimum -20 ° C alatt van. A növények fel tudnak készülni az időszakosan visszatérő fagyokra, csak rendkívül hideg télen szenvednek károkat. Az epizodikus fagyok, például a késői fagyok általában csak −5 és −8 ° C közötti hőmérsékletet érnek el, de veszélyesek lehetnek a növényekre, mivel a fagy az élet érzékeny fázisaiban éri őket. A trópusi magas hegyekben a fagy minden este bekövetkezik, ezek a fagyok elérik a −10 és −12 ° C közötti hőmérsékletet, de csak néhány óráig tartanak (a fagyváltozás éghajlata).
Elsődleges hideg hatások
Alacsonyabb hőmérsékleten a kémiai folyamatok lassabban folynak, és az egyensúlyi reakciók elmozdulnak az energia felszabadulás irányába (Le Chatelier-féle elv). A növények számára ez kevesebb energiát jelent a működő anyagcseréből, kevesebb tápanyag- és vízfelszívódást a talajból, kevesebb produktív bioszintézist és ennek következtében a növekedés leállítását. Az egyes életfolyamatok eltérően érzékenyek a hidegre. Először a protoplazmatikus áramlás leáll, és a fotoszintézis nagyon gyorsan leáll. A plazmolízis és a vitális festés marad meg a leghosszabb ideig.
Hidegre érzékeny növények
A hidegre érzékeny növények vagy növényi szervek +10 és 0 ° C közötti hőmérsékleten meghalnak. Ezek közé tartozik sok trópusi növény, és gyakran azoknak a növényeknek a virága és gyümölcse is, amelyek egyéb szervei meglehetősen érzéketlenek a hidegre. A növényi fajok hidegkárosodásának mértéke a lehűlési mélységtől, a lehűlés vagy az újramelegítés sebességétől és időtartamától függ. Az első kár általában még visszafordítható. Először is, a biomembránok lipidjei folyadékkristályos állapotból gélszerű állapotba változnak. Ez csökkenti a membrán szelektivitását, az anyagcsere a sejtrekeszek között már nincs megfelelően szabályozva, és a sejtalkotók kifelé diffundálhatnak. A fotoszintézis gátolt és a légzés fokozódik. Az anyagcsere kiegyensúlyozatlanná válik. A stressz-metabolitok és a mérgező anyagcseretermékek felhalmozódhatnak, ami végső soron sejthalálhoz, majd a szervek vagy az egész növény halálához vezet.
Fagy
Fagyáskor a jégképződés helye elengedhetetlen. A növényekben a jég először azokon a helyeken jön létre, amelyek a leggyorsabban hűlnek és a legkönnyebben megfagynak. Tehát a leginkább kitett növényi szervekben, majd a levelek sejtközi területein többnyire tűk és perifériás érkötegek. Ezekről a helyekről a jégképződés gyorsan halad az érkötegek mentén és a homogén szövetekben. Lignifikált/cutinizált sejtfalak akadályozzák a jégképződés terjedését.
A vízben gazdag, nem edzett sejtek intracellulárisan fagynak le. A sejten belül kialakuló jégkristályok általában elpusztítják a plazma létfontosságú struktúráit. Gyakran azonban a jég a protoplaszton kívül képződik a sejtek közötti területeken, vagy a sejtfal és a protoplaszt között. Ez az extracelluláris jégképződés dehidrációként működik, a protoplaszt vizet elvonják, az oldott anyagok koncentrációja van. A sejtmembránok ozmotikusan megterhelődnek és a sejtek zsugorodnak. A dehidratáció bizonyos fokától a sejtek visszafordíthatatlanul károsodnak.
Túlélés a fagynak való kitettségtől
A fagyveszélyes területeken növekvő növények különböző stratégiákat dolgoztak ki ezeknek a fagyeseményeknek a túlélésére.
Fagyvédelem
A fagyvédelem a hőszigetelésben és a hősugárzás csökkentésében áll. Ilyen például a telelő szervek visszavonulása levéltakaró alatt vagy a föld alatt (geofiták), vagy a fagyérzékeny szervek kihullása a fagyidőszakok kezdete előtt - például a fanövények levelei. Az óriási rozetta növények trópusi magas hegyeiben a rövid éjszakai fagyok miatt elegendő a leveleket bezárni az érzékeny hajtáscsúcsok fölé, hogy csökkentse a lehűlést.
Fagyáspont-depresszió és hipotermia
A fagyáspont csökkentése stratégia annak megakadályozására, hogy a protoplazmában lévő víz 0 ° C alatti hőmérsékleten megfagyjon. A sejtnedvben aktívan dúsított oldott anyagok átlagosan −1 és −5 ° C között csökkentik a fagyáspontot. Mérsékelt, de biztonságos fagyvédelmet jelent.
A hipotermia instabil a vízben gazdag, nagysejtű parenchymában és a xilemben (átmeneti hipotermia), itt csak néhány órán át tartható fenn. A fagy akkor tör ki, amikor a következő mechanizmus nem működik elég gyorsan.
A védelem harmadik formája az áthelyezett jégképződés. Mindig a xylemben, egyes magokban, rügyekben és kéregszövetekben fordul elő, és abban áll, hogy a víz a szövetekből az intercelluláris vagy más üregekbe, például inaktív xilem elemekbe kerül, ahol jéggé fagy. A sejtnedv ezáltal koncentrálódik, és így az intracelluláris fagyás késik.
Néhány különösen fagyálló fafajnál a protoplazmában vitrifikáció történik. Ezt a szacharóz és más cukrok magas koncentrációjával lehet elérni. Ebben az állapotban a növények képesek ellenállni az abszolút nulla hőmérsékletnek.
Fagyásállóság
A fagyálló (fagyálló) növények túlélhetik protoplazmájuk fagyását. A fagyállóságnak ez a formája szükséges a fagyos területeken. A fagyással szembeni ellenállás elérése érdekében a biomembránba hidegen stabil foszfolipidek épülnek, és a citoplazmában oldható szénhidrátok, poliolok, alacsony molekulájú nitrogénvegyületek (aminosavak, poliaminok) és vízoldható fehérjék halmozódnak fel. A fagy megakadályozásában szerepet játszanak a fagyvédő fehérjék (AFP), a jégkristályokhoz visszafordíthatatlanul kötődő és további növekedésüket megakadályozó hidrofil fehérjék. Az AFP-k főként szívós növényekből (rozs, búza, árpa stb.) Ismertek.
Keményedés
A növények nem mindig fagytűrőek. Gyakorlatilag minden növény érzékeny a hidegre a növekedési fázisokban. A szezonális éghajlatú szárazföldi növények keményedési folyamatok révén képesek túlélni az őszi jégképződést. Ennek előfeltétele a növekedés leállítása. Sok fanövény esetében a megkeményedés fagypont melletti alacsony hőmérsékletnek való hosszabb ideig tartó kitettséggel érhető el. Az előkeményedés során a cukor és más anyagok felhalmozódnak, a sejtek vizet veszítenek, és a vakuola sok kis vakuoltá hasad. A következő lépésben a biomembránokat és az enzimeket átalakítják, ezt követően a sejtek elviselik az extracelluláris jégképződés okozta kiszáradást.
Közvetett fagyhatások
A téli fagyok gyakran más környezeti hatásokkal együtt fordulnak elő. Ide tartozik a víz fagyása a talajban, a havazás és a hótakaró kialakulása. A hosszú hótakaró fényhiány miatt csökkenti a vegetációs időszakot. Ez 20–30, szélsőséges esetben akár 70% -os hozamveszteséghez vezet a sípályák gyephasználatakor. A jégrétegek megakadályozzák a növényeket a gázcserében. A talaj befagyása egy kevés hótakaróval együtt fagyszárazságot okoz.