Back to chapter

36.6:

Isı ve Soğuk Stresine Yanıtlar

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

Aşırı ortam sıcaklıkları bitki metabolizmasını etkiler. Aşırı ısı enzimleri ve diğer proteinleri denatüre ederken, aşırı soğuk hücre içi suyu dondurur. Bitkiler ısı ve soğuk stresine nasıl tepki verir? Ortam sıcaklığı yüksek olduğunda, bitkiler gün içinde stomaları kapatarak aşırı CO2 alımını ve fotosentetik aktivite pahasına aşırı su kaybını önler. Isı stresi, bitki hücrelerinin ısı şoku proteinleri adı verilen büyük miktarlarda özel proteinleri sentezlemesine de neden olabilir. Diğer proteinlerin fonksiyonel şekillerine katlanmasına yardımcı olan veya enzimleri ve proteinleri denatürasyondan koruyan şaperonlar gibi davranırlar. Bitkiler, ısı ve soğuk stresine yanıt olarak bütünlüğü ve optimum membran akışkanlığını korumak için hücre zarlarının lipit bileşimini ayarlar. Membran akışkanlığı, moleküllerin zar boyunca hareketini düzenleyen ve hücre içine veya dışına sızıntıyı önleyen membran geçirgenliğini etkiler. İki tabakalı olarak düzenlenmiş fosfolipidler, plazma zarının temel yapısını oluşturur. Bu iki tabakanın lipit bileşeni, doymuş veya doymamış yağ asitlerinden oluşur. Isı stresi sırasında, yüksek sıcaklık lipit iki tabakasının daha akışkan olmasına ve daha geçirgen veya sızıntı yapmasına neden olur. Bitkiler, ısı direncini artırmak ve zar akışkanlığını önlemek için zarlardaki doymuş yağ asitlerinin oranını artırarak tepki verir. Soğuk stres sırasında, düşük sıcaklık lipit çift tabakasının daha sert hale gelmesine ve geçirgenliğin azalmasına neden olur. Buna karşılık olarak, zarlardaki doymamış yağ asitlerinin oranı, membran sertliğini azaltmak ve optimum akışkanlığı korumak için artar. Düşük donma sıcaklıklarında, çoğu duvarın hücre duvarlarında ve hücreler arası boşluklarda buz oluşumu suyun sitoplazmayı terk etmesine neden olarak hücresel dehidrasyona neden olur. Bunu önlemek için birçok dona dayanıklı bitki, ozmotik potansiyellerini düzenlemek için sitoplazmalarında şekerler gibi çözünenler biriktirir. Isı ve soğuk stresine yanıt olarak uyarlanabilir mekanizmalar, homeostazın korunmasına ve bitkilerin hayatta kalmasını sağlamaya yardımcı olur.

36.6:

Isı ve Soğuk Stresine Yanıtlar

Her organizma, sağlıklı büyüme ve fizyolojik işleyişin meydana gelebileceği optimum bir sıcaklık aralığına sahiptir. Bu aralığın sonunda, biyolojik süreçleri kesintiye uğratan minimum ve maksimum sıcaklık olacaktır.

Çevresel dinamikler belirli bir tür için en uygun sınırın dışına çıktığında, metabolizma ve işleyişte değişiklikler meydana gelir ve bu stres olarak tanımlanır. Bitkiler, gen ekspresyonunda değişiklikler başlatarak strese tepki verir ve bu durum bitki metabolizmasında ve homeostaz durumuna ulaşmayı amaçlayan gelişimde ayarlamalara yol açar.

Bitkiler sıcaklık dalgalanmaları sırasında membran akışkanlığını korur

Bitkilerdeki hücre zarları genellikle ortam sıcaklığındaki bir değişiklikten etkilenen ilk yapılardan biridir. Bu membranlar esas olarak fosfolipitler, kolesterol ve proteinleri oluşturur, lipit kısmı doymamış veya doymuş yağ asitlerinin uzun zincirlerini içerir. Bitkilerin sıcaklık değişimine adaptasyon sürecindeki ilk stratejileri membrana lipid kompozisyonunu değiştirmektir. Bitkiler tipik olarak yüksek sıcaklıkta membrandaki doymamış lipid oranını azaltırken, düşük sıcaklıkta artırarak membrana akışkanlığını sabit tutarlar.

Isı Şok Proteinleri

Bitki dokusunun veya hücrelerin ani yüksek sıcaklık stresine maruz kalması, ısı şok proteinlerinin (HSP) geçici ekspresyonuna neden olur. Moleküler şaperonlar olarak temel fizyolojik işlevleri yerine getirirler, denatüre proteinlerin agregasyonunu önlerler veya agrega protein moleküllerinin renatürasyonunu teşvik ederler.

Stomatal iletkenlik

Tipik ortalama aralığın üzerindeki sıcaklık artışı, bitkilerin fotosentetik aktivitesini ve stoma fizyolojisini etkiler. Sıcaklık yükseldikçe, bitkiler stoma iletkenliğini ve terleme nedeniyle su kaybını azaltmak için stomalarını kapatacaktır.

Bitki hücrelerinde çözünür madde birikimi

Son derece düşük sıcaklıklar, düşük su potansiyeli nedeniyle bitkilerin su emilimini azaltabilir ve dehidrasyona neden olabilir. Birçok bitki, ozmotik potansiyellerini düzenler ve su içeriğini, hücrelerinde şekerler-sükroz, glikoz ve fruktoz gibi çözünenlerin birikmesiyle korur. Bu çözünen birikim, donma noktasını azaltarak dokudaki suyun donmasını da geciktirebilir.

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]