Każdy organizm ma optymalny zakres temperatur, w którym może zachodzić zdrowy wzrost i fizjologiczne funkcjonowanie. Na końcach tego zakresu będzie obowiązywała minimalna i maksymalna temperatura, która przerywa procesy biologiczne.

Kiedy dynamika środowiska wykracza poza optymalną granicę dla danego gatunku, zachodzą zmiany w metabolizmie i funkcjonowaniu – i jest to definiowane jako stres. Rośliny reagują na stres poprzez inicjowanie zmian w ekspresji genów – co prowadzi do zmian w metabolizmie i rozwoju roślin mających na celu osiągnięcie stanu homeostazy.

Rośliny utrzymują płynność membrany podczas wahań temperatury

Błony komórkowe w roślinach są na ogół jedną z pierwszych struktur, na które wpływa zmiana temperatury otoczenia. Błony te składają się głównie z fosfolipidów, cholesterolu i białek, przy czym część lipidowa składa się z długich łańcuchów nienasyconych lub nasyconych kwasów tłuszczowych. Jedną z podstawowych strategii, jakie rośliny mogą przyjąć pod wpływem zmiany temperatury, jest zmiana składnika lipidowego ich błon. Zazwyczaj rośliny zmniejszają stopień nienasycenia lipidów błonowych w wysokiej temperaturze i zwiększają go w niskiej temperaturze, utrzymując płynność błony.

Białka szoku cieplnego

Narażenie tkanki lub komórek roślinnych na nagły stres związany z wysoką temperaturą powoduje przejściową ekspresję białek szoku cieplnego (HSP). Pełnią one podstawowe funkcje fizjologiczne jako molekularne białka opiekuńcze, zapobiegają agregacji zdenaturowanych białek lub sprzyjają renaturacji zagregowanych cząsteczek białka.

Przewodność szparkowa

Wzrost temperatury powyżej typowego średniego zakresu wpływa na aktywność fotosyntetyczną i fizjologię aparatów szparkowych roślin. Wraz ze wzrostem temperatury rośliny zamykają aparaty szparkowe, aby zmniejszyć przewodność aparatów szparkowych i utratę wody w wyniku transpiracji.

Akumulacja substancji rozpuszczonej w komórkach roślinnych

Ekstremalnie niskie temperatury mogą zmniejszać wchłanianie wody przez rośliny ze względu na niski potencjał wodny, co prowadzi do odwodnienia. Wiele roślin reguluje swój potencjał osmotyczny i utrzymuje zawartość wody poprzez gromadzenie substancji rozpuszczonych, takich jak cukry – sacharoza, glukoza i fruktoza, w swoich komórkach. To nagromadzenie substancji rozpuszczonych może również opóźnić zamarzanie wody w tkance poprzez obniżenie temperatury zamarzania.