Stresul rece la plante - biologie
Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?
Antibiotice din bacterii
Migrația celulară: funcția nou descoperită a unei proteine cunoscute
Busolă moleculară pentru alinierea celulelor
Ceea ce face ca frunzele să îmbătrânească toamna
Democrația bibilicilor vultur
Mediul lui Ekembo: Oamenii au trăit și în peisaje deschise
| Genetica | Agricultură, silvicultură și creșterea animalelor
Soiul de grâu a fost creat prin traversarea ierburilor sălbatice
Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?
Stresul rece la plante
Stresul rece la plante se referă la stres, o expunere la factori externi, a plantelor la temperaturi scăzute. La plantele tropicale, stresul mortal la rece poate exista deja la +10 ° C. Stresul la rece include și efectele înghețului, temperaturi sub punctul de îngheț al apei. Capacitatea de a rezista la îngheț este cunoscută sub numele de rezistență la îngheț.
Distribuție geografică
O treime din suprafața terenului nu este niciodată afectată de îngheț. Acestea sunt zonele tropicale, cu excepția munților înalți; în apropierea coastei, zonele fără îngheț se extind și peste tropice. Pe aproximativ 43% din suprafața terestră există îngheț sever, cu o medie anuală minimă sub -20 ° C. Plantele se pot pregăti pentru înghețuri care se repetă periodic; suferă daune numai în iernile extrem de reci. Evenimentele de îngheț episodice, cum ar fi înghețurile târzii, ajung, de obicei, doar la -5 până la -8 ° C, dar pot fi periculoase pentru plante, deoarece înghețul le lovește în faze sensibile ale vieții. În munții înalți tropicali, înghețul are loc în fiecare noapte, aceste înghețuri ajung la -10 până la -12 ° C, dar durează doar câteva ore (schimbarea climatului de îngheț).
Efecte primare de frig
La temperaturi mai scăzute, procesele chimice sunt mai lente, iar reacțiile de echilibru se deplasează spre eliberarea de energie (principiul lui Le Chatelier). Pentru plante, aceasta înseamnă mai puțină energie din metabolismul de funcționare, mai puțină absorbție de nutrienți și apă din sol, biosinteză mai puțin productivă și, ca urmare, o încetare a creșterii. Procesele individuale de viață sunt sensibil sensibile la frig. În primul rând, fluxul protoplasmatic se oprește, iar fotosinteza se oprește foarte repede. Plasmoliza și colorarea vitală sunt păstrate cel mai mult timp.
Plante sensibile la frig
Plantele sau organele plantelor sensibile la frig mor la temperaturi cuprinse între +10 și 0 ° C. Acestea includ multe plante tropicale și adesea și florile și fructele plantelor ale căror alte organe sunt destul de insensibile la frig. Gradul de deteriorare la frig la o specie de plantă depinde de adâncimea de răcire, durata și viteza de răcire sau reîncălzire. Prima pagubă este de obicei reversibilă. În primul rând, lipidele biomembranelor se schimbă de la starea cristalină lichidă la cea asemănătoare gelului. Acest lucru reduce selectivitatea membranei, schimbul de substanțe între compartimentele celulare nu mai este controlat în mod adecvat și constituenții celulari se pot difuza în exterior. Fotosinteza este inhibată și respirația este crescută. Metabolismul devine dezechilibrat. Se pot acumula metaboliți de stres și produse metabolice toxice, ceea ce duce în cele din urmă la moartea celulară și la moartea organelor sau a întregii plante.
Îngheţa
La îngheț, locația formației de gheață este esențială. La plante, gheața este creată mai întâi în locurile care se răcesc cel mai repede și îngheață cel mai ușor. Deci, în organele vegetale cele mai expuse și apoi în zonele intercelulare ale frunzelor, în principal ace și fascicule vasculare periferice. Din aceste locații, formarea de gheață progresează rapid de-a lungul fasciculelor vasculare și în țesutul omogen. Pereții celulari aliniați/cutinizați împiedică răspândirea formării de gheață.
Celulele bogate în apă, neîntărite, îngheață intracelular. Cristalele de gheață care se dezvoltă în interiorul celulei distrug de obicei structurile vitale ale plasmei. Adesea, totuși, gheața se formează în afara protoplastului în zonele intercelulare sau între peretele celular și protoplast. Această formare de gheață extracelulară acționează apoi ca o deshidratare, apa protoplastelor este retrasă, există o concentrație a substanțelor dizolvate. Membranele celulare sunt stresate osmotic și celulele se micșorează. De la un anumit grad de deshidratare, celulele sunt deteriorate ireversibil.
Supraviețuirea de la expunerea la îngheț
Plantele care cresc în zone predispuse la îngheț au dezvoltat diferite strategii pentru a supraviețui acestor evenimente de îngheț.
Protecție împotriva înghețului
Protecția împotriva înghețului constă în izolarea termică și reducerea radiației termice. Exemple în acest sens sunt retragerea organelor de iarnă sub o mulci de frunze sau subterane (geofite) sau vărsarea de organe sensibile la îngheț înainte de apariția perioadelor de îngheț - cum ar fi căderea frunzelor de la plantele lemnoase. În munții înalți tropicali ai plantelor gigant de rozetă pentru înghețurile nocturne scurte este suficient să închideți frunzele peste vârfurile sensibile pentru a reduce răcirea.
Depresia punctului de îngheț și hipotermia
Scăderea punctului de îngheț este o strategie pentru a preveni congelarea apei din protoplasmă la temperaturi sub 0 ° C. Substanțele dizolvate care se îmbogățesc activ în seva celulară scad punctul de îngheț la o medie de -1 până la -5 ° C. Reprezintă o protecție la îngheț moderată, dar sigură.
Hipotermia este instabilă în parenchimul cu celule mari, bogat în apă și în xilem (hipotermie tranzitorie) și poate fi menținut aici doar câteva ore. Frost izbucnește atunci când următorul mecanism nu funcționează suficient de repede.
O a treia formă de protecție este formarea de gheață translocată. Apare întotdeauna în xilem și în unele semințe, muguri și în țesutul scoarței și constă în faptul că apa din țesuturi în cavitățile intercelulare sau de altă natură, de ex. Xylemelemnte inactiv, este transferat și aici îngheață în gheață. Seva celulară este astfel concentrată și astfel înghețarea intracelulară este întârziată.
La unele specii de copaci deosebit de rezistente la îngheț, vitrificarea are loc în protoplasmă. Acest lucru se realizează prin concentrații mari de zaharoză și alte zaharuri. În această stare, plantele pot rezista la temperaturi apropiate de zero absolut.
Rezistență la îngheț
Plantele rezistente la îngheț (tolerante la îngheț) pot supraviețui înghețării protoplasmei lor. Această formă de rezistență la îngheț este necesară în zonele cu îngheț sever. Fosfolipidele stabile la rece sunt încorporate în biomembrană pentru a obține rezistență la îngheț, iar în citoplasmă se acumulează carbohidrați solubili, polioli, compuși cu azot molecular mic (aminoacizi, poliamine) și proteine solubile în apă. Proteinele de protecție împotriva înghețului (AFP), proteine hidrofile care se leagă ireversibil de cristalele de gheață și previn creșterea lor ulterioară, joacă un rol în prevenirea înghețării. AFP-urile sunt cunoscute în principal din culturile rezistente (secară, grâu, orz etc.).
Întărire
Plantele nu sunt întotdeauna tolerante la îngheț. Practic toate plantele sunt sensibile la frig în timpul fazelor de creștere. Plantele terestre în climă sezonieră dobândesc capacitatea de a supraviețui formării gheții prin procese de întărire în toamnă. Condiția prealabilă pentru aceasta este încetarea creșterii. În cazul multor plante lemnoase, întărirea se realizează prin expunere prelungită la temperaturi scăzute aproape de punctul de îngheț. În timpul procesului de pre-întărire, zahărul și alte substanțe sunt acumulate, celulele pierd apă și vacuolele se fisurează în multe vacuole mici. În etapa următoare, biomembranele și enzimele sunt remodelate, după care celulele tolerează deshidratarea prin formarea de gheață extracelulară.
Efecte indirecte de îngheț
Gerurile de iarnă apar adesea împreună cu alte influențe ale mediului. Acestea includ înghețarea apei în pământ, ninsoarea și formarea stratului de zăpadă. Stratul lung de zăpadă reduce sezonul de vegetație din cauza lipsei de lumină. Acest lucru duce la 20-30, în cazuri extreme până la 70%, produc pierderi în utilizarea pășunilor pe pârtiile de schi. Straturile de gheață împiedică plantele să schimbe gaze. Înghețarea solului împreună cu puțină acoperire de zăpadă provoacă secetă de îngheț.