Back to chapter

36.6:

Реакция на стресс от тепла и холода

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Responses to Heat and Cold Stress

Languages

Share

Экстремальные температуры окружающей среды влияют на метаболизм растений. Чрезмерный нагрев денатурирует ферменты и другие белки, при очень низких температурах замерзает внутриклеточная вода. Как реагируют растения на нагрев и охлаждение?Когда температура окружающей среды высокая, растения избегают чрезмерной потери воды закрыв стомату в течение дня, зачастую за счёт сокращения поглощения CO2 и фотосинтетической активности. Тепловое напряжение также может стать причиной неисправности клетки растения для синтеза больших количеств специальных белков, называемых протеины теплового удара. Они действуют, как шапероны, помогая другим белкам свернуться в их функциональные формы, или защищают ферменты и белки от денатурации.Растения регулируют липидную композицию их клеточных мембран для поддержания целостности и оптимальной мембранной текучести в ответ на тепловую и холодную нагрузку. Текучесть мембраны влияет на проницаемость мембраны, которая регулирует движение молекулы через мембрану и предотвращает утечку в клетку или из него. Фосфолипиды, устроенные в виде двойного слоя, формируют основную структуру плазменной мембраны.Липидный компонент этого двойного слоя состоит из насыщенных или ненасыщенные жирных кислот. При нагреве, высокая температура заставляет липидный двойной слой стать ещё более текучим и более проницаемым или утекающим. Растения реагирует на это, увеличивая долю насыщенных жирных кислот в мембранах для повышения теплостойкость и предотвращения разжижения мембраны.При холодном стрессе, низкая температура заставляет липидный двойной слой стать более жёстким, снижая проницаемость. В ответ на это доля ненасыщенных жирных кислот в мембранах увеличивается для снижения жёсткости мембраны и поддержания оптимальной текучести. При температуре, близкой к точке замерзания, образование льда в стенках клеток и межклеточных пробелах заставляет воду уйти из цитоплазмы, приводя к обезвоживанию клеток.Для предотвращения этого многие морозоустойчивые растения накапливают растворённые вещества, такие как сахара, в их цитоплазме для регулирования их осмотического потенциала. Адаптивные механизмы в ответ на нагрев и охлаждение помогают сохранить гомеостаз и обеспечить выживание растения.

36.6:

Реакция на стресс от тепла и холода

У каждого организма есть оптимальный температурный диапазон, в котором может происходить здоровый рост и физиологическое функционирование. В конце этого диапазона будет минимальная и максимальная температура, которая прерывает биологические процессы.

Когда динамика окружающей среды выходит за пределы оптимального для данного вида предела, происходят изменения в метаболизме и функционировании & ndash; и это определяется как стресс. Растения реагируют на стресс, инициируя изменения в экспрессии генов, что приводит к корректировке метаболизма и развития растений, направленной на достижение состояния гомеостаза.

Растения поддерживают текучесть мембран при колебаниях температуры

Клеточные мембраны растений обычно являются одной из первых структур, на которые влияет изменение температуры окружающей среды. Эти мембраны в основном состоят из фосфолипидов, холестерина и белков, причем липидная часть состоит из длинных цепей ненасыщенных или насыщенных жирных кислот. Одна из основных стратегий, которую растения могут использовать при изменении температуры, – это изменение липидного компонента своих мембран. Как правило, растения снижают степень ненасыщенности мембранных липидов при высокой температуре и увеличивают ее при низкой температуре, поддерживая текучесть мембраны.

Белки теплового шока

Воздействие на растительную ткань или клетки внезапного высокотемпературного стресса приводит к временной экспрессии белков теплового шока (HSP). Они выполняют важные физиологические функции в качестве молекулярных шаперонов, предотвращают агрегацию денатурированных белков или способствуют ренатурации агрегированных белковых молекул.

Стоматальная проводимость

Повышение температуры выше обычного среднего диапазона влияет на фотосинтетическую активность и физиологию устьиц растений. При повышении температуры растения закрывают устьица, чтобы снизить проводимость устьиц и потерю воды из-за транспирации.

Накопление растворенных веществ в клетках растений

Чрезвычайно низкие температуры могут снизить водопоглощение растений из-за низкого водного потенциала, что приводит к обезвоживанию. Многие растения регулируют свой осмотический потенциал и поддерживают содержание воды за счет накопления растворенных веществ, таких как сахар & ndash; сахароза, глюкоза и фруктоза в их клетках. Такое накопление растворенных веществ может также замедлить замерзание воды в тканях за счет снижения точки замерзания.

Suggested Reading

Nievola, Catarina C, Camila P Carvalho, Victória Carvalho, and Edson Rodrigues. "Rapid Responses of Plants to Temperature Changes." Temperature. 4 (4)2017: 371–405. [Source]

Zheng, Guowei, Bo Tian, Fujuan Zhang, Faqing Tao, and Weiqi Li. "Plant Adaptation to Frequent Alterations between High and Low Temperatures: Remodeling of Membrane Lipids and Maintenance of Unsaturation Levels." Plant, Cell & Environment. 34 (9)2011: 431–1442. [Source]

Tarkowski, Łukasz P., and Wim Van den Ende. "Cold tolerance triggered by soluble sugars: a multifaceted countermeasure." Frontiers in plant science 6 (2015): 203. [Source]