Войти
Абиотический стресс- это негативное воздействие неживых факторов на живые организмы в конкретной среде. Неживая переменная должна влиять на окружающую среду за пределами ее нормального диапазона изменений, чтобы существенно повлиять на характеристики популяции или индивидуальную физиологию организма.
В то время как биотический стресс может включать нарушения жизни, такие как грибы или вредные насекомые, факторы абиотического стресса или стрессоры, являются естественными, часто нематериальными и неодушевленными факторами, такими как интенсивный солнечный свет, температура или ветер, которые могут причинить вред растениям и животным в пораженная область. Абиотический стресс по сути неизбежен. Абиотический стресс влияет на животных, но растения особенно зависят, если не исключительно, от факторов окружающей среды, поэтому он особенно сдерживает. Абиотический стресс - наиболее вредный фактор, влияющий на рост и урожайность сельскохозяйственных культур во всем мире. Исследования также показали, что абиотические стрессоры наиболее вредны, когда они встречаются вместе, в комбинации факторов абиотического стресса.
Абиотический стресс проявляется во многих формах. Наиболее распространенные факторы стресса легче всего определить людям, но существует множество других, менее узнаваемых факторов абиотического стресса, которые постоянно влияют на окружающую среду.
К основным стрессорным факторам относятся:
Меньшая- известные факторы стресса обычно возникают в меньшем масштабе. К ним относятся: плохие почвенные условия, такие как содержание горных пород и уровни pH, высокая радиация, уплотнение, загрязнение и другие очень специфические условия, такие как быстрая регидратация во время прорастания семян.
Абиотический стресс, как естественная часть каждой экосистемы, влияет на организмы по-разному. Хотя эти эффекты могут быть как полезными, так и вредными, местоположение области имеет решающее значение для определения степени воздействия, которое будет иметь абиотический стресс. Чем выше широта затронутой области, тем сильнее будет воздействие абиотического стресса на эту область. Таким образом, тайга или северный лес находится во власти любых абиотических стрессовых факторов, которые могут возникнуть, в то время как тропические зоны гораздо менее восприимчивы к таким стрессорам.
Одним из примеров ситуации, когда абиотический стресс играет конструктивную роль в экосистеме, являются естественные лесные пожары. Хотя они могут представлять опасность для человека, для этих экосистем полезно время от времени выгорать, чтобы новые организмы могли начать расти и процветать. Несмотря на то, что лесной пожар является здоровым для экосистемы, он все же может рассматриваться как абиотический фактор стресса, поскольку он оказывает очевидную нагрузку на отдельные организмы в данной местности. Каждое обгоревшее дерево и каждое съеденное птичье гнездо - признак абиотического стресса. Однако в более широком масштабе природные пожары являются положительным проявлением абиотического стресса.
Что также необходимо принимать во внимание при поиске преимуществ абиотического стресса, так это то, что одно явление может не повлиять на всю экосистему в так же. Хотя наводнение убьет большинство растений, живущих низко на земле в определенной области, если там есть рис, он будет расти во влажных условиях. Другой пример - фитопланктон и зоопланктон. Одни и те же типы состояний обычно считаются стрессовыми для этих двух типов организмов. Они очень похоже действуют при воздействии ультрафиолета и большинства токсинов, но при повышенных температурах фитопланктон реагирует отрицательно, а термофильный зоопланктон положительно реагирует на повышение температуры. Эти двое могут жить в одной и той же среде, но повышение температуры в этой области окажется стрессовым только для одного из организмов.
Наконец, абиотический стресс позволил видам расти, развиваться и развиваться, способствуя развитию естественный отбор, поскольку он выбирает самых слабых из группы организмов. И у растений, и у животных выработались механизмы, позволяющие им выживать в экстремальных условиях.
Самый очевидный вред, связанный с абиотическим стрессом, связан с сельским хозяйством. В одном исследовании было заявлено, что абиотический стресс вызывает наибольшую потерю урожая по сравнению с любым другим фактором и что урожайность большинства основных сельскохозяйственных культур снижается более чем на 50% от их потенциальной урожайности.
Поскольку абиотический стресс широко распространен. считается пагубным, поэтому исследования в этой области вопроса обширны. Для получения дополнительной информации о вредных последствиях абиотического стресса см. Разделы о растениях и животных ниже.
Первая линия защиты растения от абиотического стресса находится в его корнях. Если почва, на которой находится растение, здорова и биологически разнообразна, у растения будет больше шансов выжить в стрессовых условиях.
Реакция растения на стресс зависит от ткани или органа, затронутых стрессом. Например, транскрипционные реакции на стресс в корнях являются тканевыми или клеточно-специфическими и сильно различаются в зависимости от задействованного стресса.
Один из основных ответов на абиотический стресс, такой как высокая соленость, - это нарушение Na + / K + соотношение в цитоплазме растительной клетки. Например, высокие концентрации Na + могут снизить способность растения поглощать воду, а также изменить функции ферментов и переносчиков. Развитые приспособления для эффективного восстановления гомеостаза клеточных ионов привели к появлению большого количества устойчивых к стрессу растений.
Облегчение, или положительное взаимодействие между различными видами растений, представляет собой сложную сеть ассоциаций в естественной среде. Так растения работают вместе. В областях с высоким уровнем стресса уровень фасилитации также особенно высок. Возможно, это связано с тем, что растениям нужна более прочная сеть, чтобы выжить в более суровых условиях, поэтому их взаимодействия между видами, такие как перекрестное опыление или мутуалистические действия, становятся более обычными, чтобы справиться с суровостью их среды обитания.
Кроме того, растения очень по-разному приспосабливаются друг к другу, даже если растения живут в одной местности. Когда группа разных видов растений была вызвана множеством различных стрессовых сигналов, таких как засуха или холод, каждое растение реагировало по-своему. Вряд ли какие-либо из ответов были похожими, даже если растения привыкли к одной и той же домашней среде.
Рис (Oryza sativa ) - классический пример. Рис является основным продуктом питания во всем мире, особенно в Китае и Индии. Растения риса испытывают различные виды абиотических стрессов, такие как засуха и высокая засоленность. Эти стрессовые условия негативно сказываются на производстве риса. Генетическое разнообразие было изучено среди нескольких сортов риса с разными генотипами с помощью молекулярных маркеров.
Серпентиновые почвы (среды с низкой концентрацией питательных веществ и высокой концентрацией тяжелых металлов) могут быть источником абиотического стресса. Первоначально абсорбция токсичных ионов металлов ограничивается изоляцией клеточной мембраны. Ионы, которые абсорбируются тканями, задерживаются в клеточных вакуолях. Этому механизму секвестрации способствуют белки на мембране вакуоли.
Химическое праймирование было предложено для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к абиотическим стрессам. В этом методе, аналогичном вакцинации, химические агенты, вызывающие стресс, вводятся в растение короткими дозами, так что растение начинает подготовку защитных механизмов. Таким образом, когда возникает абиотический стресс, растение уже подготовило защитные механизмы, которые могут активироваться быстрее и повышать устойчивость.
Засоление почвы, накопление водорастворимых солей до уровней, отрицательно влияющих на производство растений, - это глобальное явление, затрагивающее примерно 831 миллион гектаров земли. В частности, это явление угрожает 19,5% орошаемых сельскохозяйственных земель и 2,1% неорошаемых (засушливых) сельскохозяйственных земель в мире. Высокое содержание засоления почвы может быть вредным для растений, поскольку водорастворимые соли могут изменять градиенты осмотического потенциала и, следовательно, подавлять многие клеточные функции. Например, высокая засоленность почвы может подавлять процесс фотосинтеза, ограничивая поглощение воды растением; высокие уровни водорастворимых солей в почве могут снизить осмотический потенциал почвы и, следовательно, уменьшить разницу в водном потенциале между почвой и корнями растения, тем самым ограничивая поток электронов от H 2 O к P680. в реакционном центре Фотосистемы II.
На протяжении поколений многие растения мутировали и создавали различные механизмы для противодействия эффектам засоления. Хорошим борцом с засолением растений является гормон этилен. Этилен известен тем, что регулирует рост и развитие растений и справляется со стрессовыми состояниями. Многие белки центральной мембраны растений, такие как ETO2, ERS1 и EIN2, используются для передачи сигналов этилена во многих процессах роста растений. Мутации в этих белках могут привести к повышенной солевой чувствительности и ограничить рост растений. Эффекты засоления были изучены на растениях Arabidopsis, которые имеют мутировавшие белки ERS1, ERS2, ETR1, ETR2 и EIN4. Эти белки используются для передачи сигналов этилена против определенных стрессовых условий, таких как соль, а предшественник этилена АСС используется для подавления любой чувствительности к солевому стрессу.
Фосфор (P ) является важным макроэлементом, необходимым для роста и развития растений, но большая часть почвы в мире ограничена этим важным питательным веществом для растений. Растения могут использовать P в основном в форме растворимого неорганического фосфата (Pi), но они подвергаются абиотическому стрессу из-за ограничения фосфора, когда в почве недостаточно растворимого PO 4. Фосфор образует нерастворимые комплексы с Ca и Mg в щелочных почвах и с Al и Fe в кислых почвах, что делает его недоступным для корней растений. Когда в почве имеется ограниченное количество биодоступного фосфора, растения демонстрируют обширный фенотип абиотического стресса, такой как короткие основные корни и большее количество боковых корней и корневых волосков, чтобы сделать большую поверхность доступной для абсорбции P i , экссудации органических кислот и фосфатазы. для высвобождения P i из сложных P-содержащих молекул и обеспечения его доступа для растущих органов растений. Было показано, что PHR1, фактор транскрипции, связанный с MYB, является главным регулятором реакции P-голодания у растений. PHR1 также, как было показано, регулирует обширное ремоделирование липидов и метаболитов во время стресса ограничения фосфора
Стресс засухи, определяемый как естественный дефицит воды, является одной из основных причин потерь урожая в сельскохозяйственный мир. Это связано с тем, что вода необходима для многих основных процессов роста растений. В последние годы стало особенно важно найти способ борьбы со стрессом от засухи. Уменьшение количества осадков и последующее усиление засух весьма вероятно в будущем из-за усиления глобального потепления. Растения придумали множество механизмов и приспособлений, чтобы попытаться справиться со стрессом от засухи. Один из основных способов борьбы растений со стрессом засухи - закрытие устьиц. Ключевым гормоном, регулирующим открытие и закрытие устьиц, является абсцизовая кислота (АБК). Синтез ABA заставляет ABA связываться с рецепторами. Это связывание затем влияет на открытие ионных каналов, тем самым снижая тургорное давление в устьицах и заставляя их закрыться. Недавние исследования, проведенные Gonzalez-Villagra и др., Показали, как уровни АБК увеличиваются у растений, подверженных засухе (2018). Они показали, что когда растения попадали в стрессовую ситуацию, они производили больше АБК, чтобы попытаться сохранить воду, которая была в их листьях. Еще одним чрезвычайно важным фактором в борьбе со стрессом от засухи и регулировании поглощения и отвода воды являются аквапорины (AQP). AQP - это интегральные мембранные белки, образующие каналы. Основная задача этих каналов - транспортировка воды и других необходимых растворенных веществ. AQP как транскрипционно, так и посттранскрипционно регулируются множеством различных факторов, таких как ABA, GA3, pH и Ca2 +, а конкретные уровни AQP в определенных частях растения, таких как корни или листья, помогают втягивать в растение столько воды, сколько возможный. Понимая как механизм AQP, так и гормон ABA, ученые смогут в будущем получать более устойчивые к засухе растения.
Одна интересная вещь, обнаруженная у растений, постоянно подвергающихся засухе, - это их способность формировать своего рода «память». В исследовании Tombesi et al. Они обнаружили, что растения, которые ранее подвергались засухе, смогли придумать своего рода стратегию минимизации потерь воды и сокращения водопотребления. Они обнаружили, что растения, которые подвергались засухе, фактически изменили способ регулирования устьиц и то, что они называли «запасом гидравлической безопасности», чтобы снизить уязвимость растений. Изменив регуляцию устьиц и, следовательно, транспирации, растения смогли лучше функционировать в ситуациях, когда доступность воды уменьшалась.
Для животных это был самый стрессовый из всех абиотических факторов. стрессоры - это тепло. Это потому, что многие виды не могут регулировать внутреннюю температуру тела. Даже у тех видов, которые способны регулировать свою собственную температуру, это не всегда полностью точная система. Температура определяет скорость метаболизма, частоту сердечных сокращений и другие очень важные факторы в организме животных, поэтому резкое изменение температуры может легко повредить организм животного. Животные могут реагировать на сильную жару, например, акклиматизацией к естественной жаре или зарыванием в землю в поисках более прохладного места.
Также можно увидеть у животных, что высокое генетическое разнообразие способствует обеспечению устойчивости против резких абиотических стрессоров. Это действует как своего рода кладовая, когда вид страдает от опасностей естественного отбора. Множество назойливых насекомых являются одними из самых специализированных и разнообразных травоядных животных на планете, и их обширная защита от факторов абиотического стресса помогла насекомому занять это почетное положение.
Биоразнообразие определяется многими вещами, и одна из них - абиотический стресс. Если окружающая среда подвергается сильному стрессу, биоразнообразие обычно невелико. Если абиотический стресс не имеет сильного присутствия в районе, биоразнообразие будет намного выше.
Эта идея приводит к пониманию того, как связаны абиотический стресс и исчезающие виды. В различных средах было замечено, что по мере увеличения уровня абиотического стресса количество видов уменьшается. Это означает, что виды с большей вероятностью станут популяциями, находящимися под угрозой исчезновения, или даже исчезнувшими, когда и где абиотический стресс особенно силен.
