Reaktionen auf Hitze- und Kältestress

Jeder Organismus hat einen optimalen Temperaturbereich, in dem gesundes Wachstum und physiologische Funktion auftreten können. An den äußersten Enden dieses Bereichs wird es eine minimale und maximale Temperatur geben, die biologische Prozesse unterbricht.

Wenn die Dynamik der Umwelt für eine bestimmte Art außerhalb der optimalen Grenze fällt, kommt es zu Veränderungen im Stoffwechsel und Funktionen – und das wird als Stress definiert. Pflanzen reagieren auf Stress, indem sie Veränderungen in der Genexpression einleiten – was zu Anpassungen des Pflanzenstoffwechsels und der Entwicklung führt, um einen Zustand der Homöostase zu erreichen.

Pflanzen halten Membranfluidität bei Temperaturschwankungen aufrecht

Zellmembranen in Pflanzen sind in der Regel eine der ersten Strukturen, die von einer Änderung der Umgebungstemperatur betroffen sind. Diese Membranen bestehen in erster Linie aus Phospholipiden, Cholesterin und Proteinen, wobei der Lipidanteil lange Ketten von ungesättigten oder gesättigten Fettsäuren umfasst. Eine der Hauptstrategien, die Pflanzen bei einer Temperaturänderung durchführen können, ist die Veränderung der Lipidkomponenten ihrer Membranen. In der Regel verringern Pflanzen die Menge der ungesättigten Membranlipide bei hohen Temperaturen und erhöhen sie bei niedrigen Temperaturen, wodurch die Fließfähigkeit der Membran erhalten bleibt.

Hitzeschock-Proteine

Die Exposition von Pflanzengewebe oder Zellen gegenüber plötzlichem Stress durch hohe Temperaturen führt zu einer vorübergehenden Expression von Hitzeschockproteinen (HSPs). Sie erfüllen wesentliche physiologische Funktionen als molekulare Chaperone, wobei sie die Aggregation denaturierter Proteine verhindern oder die Renaturierung aggregierter Proteinmoleküle fördern.

Stomatäre Leitfähigkeit

Temperaturerhöhungen über dem typischen durchschnittlichen Bereich wirken sich auf die fotosynthetische Aktivität und die stomatäre Physiologie der Pflanzen aus. Wenn die Temperatur steigt, schließen die Pflanzen ihre Stomata, um die Stomataleitfähigkeit und den Wasserverlust durch Transpiration zu reduzieren.

Gelöste Stoffe akkumulieren in Pflanzenzellen

Extrem niedrige Temperaturen können die Wasseraufnahme der Pflanzen aufgrund des geringen Wasserpotenzials reduzieren, was zu Austrocknung führt. Viele Pflanzen regulieren ihr osmotisches Potential und halten ihren Wassergehalt durch die Ansammlung von gelösten Stoffen wie Zucker – Saccharose, Glukose und Fruktose in ihren Zellen stabil. Diese Ansammlung der gelösten Stoffe kann auch das Einfrieren des Wassers im Gewebe verzögern, da der Gefrierpunkt verringert wird.