Роль тепла в жизни растений: 19. Роль тепла в жизни растений и животных. Эвритермные и стенотермные виды.

19. Роль тепла в жизни растений и животных. Эвритермные и стенотермные виды.

Границами
существования жизни являются температурные
условия, при которых, не происходит
денатурации, белков, необратимого
изменения коллоидных свойств цитоплазмы,
нарушения активности ферментов, дыхания.
Для большинства организмов этот диапазон
температур составляет от 0 до +50°С. Однако
ряд организмов обладает специализированными
ферментными системами и приспособлен
к активному существованию при температурах,
выходящих за указанные пределы.

Виды,
оптимальные условия жизнедеятельности
которых приурочены к области высоких
значений температур, относят к
экологической группе термофилов.
Термофильность характерна для многих
бактерий, вызывающих самонагревание
влажного зерна, сена, цианобактерии
осцилатории, населяющей термальные
источники Камчатки с температурой воды
85—93°С. Успешно переносят высокие
температуры (65—80°С) несколько видов
зеленых водорослей, накипные лишайники,
семена пустынных растений, находящиеся
в верхнем раскаленном слое почвы.
Температурный предел представителей
животного мира обычно не превышает
+55—58°С (раковинные амебы, нематоды,
клещи, некоторые ракообразные, личинки
многих двукрылых).

У
многих видов растений и животных клетки
сохраняют активность при температуре
от 0 до -8°С. Такие организмы относятся
к экологической группе криофилов (грен.
Kryos —холод, лед). Кри-офилия характерна
для многих бактерий, грибов, лишайников,
членистоногих и других существ, обитающих
в тундрах, арктических и антарктических
пустынях, в высокогорьях, холодных
полярных водах и т. п. Только у птиц и
млекопитающих тепло, вырабатываемое в
процессе интенсивного обмена веществ,
служит достаточно надежным источником
повышения температуры тела и поддержания
ее на постоянном уровне независимо от
температуры окружающей среды. Этому
способствует хорошая тепловая изоляция,
создаваемая шерстным покровом, плотным
оперением, толстым слоем подкожной
жировой ткани. Такие организмы называют
гомойотермными (эндотермными, или
теплокровными). Свойство эндотермности
позволяет многим видам животных (белым
медведям, ластоногим, пингвинам и др.)
вести активный образ жизни при низких
температурах.

Температурная
адаптация растений. Дня большинства
наземных растений оптимальной является
температура +25—30°С, а для таких
требовательных к теплу растений, как
кукуруза, фасоль, соя и другие виды
тропического и субтропического
происхождения, — +30—35°С. Следует иметь
в виду, что для каждой фазы и стадии
развития растений существует как
оптимальный, так и верхний и нижний
пределы температурного режима.

При
воздействии на растение высоких
температур происходит сильное
обезвоживание и иссушение, ожоги,
разрушение хлорофилла, необратимые
расстройства дыхания, наконец, тепловая
денатурация белков, коагуляция цитоплазмы
и гибель.

Противостоять
опасному влиянию экстремально высоких
температур растения способны благодаря
усиленной транспирации, накапливанию
в цитоплазме защитных веществ (слизи,
органических кислот и др.), сдвигам
температурного оптимума активности
важнейших ферментов, переходу в состояние
глубокого покоя, а также занятию ими
временных местообитаний, защищенных
от сильного перегрева. Это означает,
что у некоторых растений вся вегетация
сдвигается на сезон с более благоприятными
тепловыми условиями. Так, в пустынях и
степях есть немало видов растений,
начинающих вегетацию очень рано весной
и успевающих ее закончить до наступления
летней жары. Они переживают эти условия
в состоянии летнего покоя — уже созрели
семена или появились подземные органы
—луковицы, клубни, корневища (тюльпаны,
крокусы, мятлик луковичный и др.)

Опасность
низких температур для растений сводится
к тому, что в межклетниках и клетках
замерзает вода и, как следствие, происходит
обезвоживание и механическое повреждение
клеток, а затем коагуляция белков и
разрушение цитоплазмы. Холод тормозит
процессы роста растений, фотосинтеза,
образования хлорофилла, снижает
энергетическую эффективность дыхания,
резко замедляет скорость развития.

К
Э. о. относятся все наземные растения
умеренных и холодных поясов Земли. Среди
животных Э. о. являются те обитатели
указанных поясов, к-рые не могут
мигрировать на зиму в более тёплые
страны, не устраивают норы и не впадают
на холодный период в спячку. Э. о., как
правило, имеют более широкое распространение,
чем стенотермные организмы, живущие в
условиях относит, постоянных темп-р. К
Э. о. относятся: волк, горностай,
сокол-сапсан, азиатская саранча и мн.
др.

Среды,
к которой приспособлены стенотермные
животные, различна для животных разных
видов: теплолюбивые могут жить только
при относительно высокой температуре,
обычно не ниже 20 °С (например, рифовые
кораллы, ряд видов насекомых, большинство
пресмыкающихся), холодолюбивые — при
низкой, иногда близкой к 0 °С (например,
некоторые виды арктических ракообразных,
лососёвых рыб, ряд видов тюленей и др.).

Требования овощных культур к теплу — FloweryVale.ru

Тепло является одним из необходимых условий для нормального развития растений. При выращивании овощных культур необходим такой тепловой режим, при котором в процессе фотосинтеза образуется больше необходимых продуктов, чем расходуется на рост и дыхание.

Для разных овощных культур оптимальная температура различается и зависит не только от особенностей вида, но и от интенсивности освещения, содержания углекислого газа в воздухе и почве. В условиях большой освещенности и высоком содержании углекислого газа в воздухе оптимальная температура повышается.

При температуре, ниже оптимальной, рост и развитие растение замедляется и даже может на время приостановиться или даже медленно прекратиться, когда наступает агрономический минимум. Если температура воздуха еще опускается, то наступает биологический минимум. При наступлении биологического минимума растения погибают от холода очень быстро.

Если температура воздуха поднимается выше оптимальной, то наступает агротехнический максимум в развитии растений. Рост растений прекращается из-за высокой температуры воздуха, цветки и завязи опадают, плоды деформируются, получают ожоги. Если высокая температура воздуха продолжается долго, то наступает биологический максимум, когда растения просто сгорают. Для большинства овощных культур биологический максимум превышает +45оC.

В зависимости от отношения к требованию растений к теплу, все овощные культуры можно разделить на пять групп.

Морозо- и зимостойкие – многолетние виды лука, спаржа, ревень, хрен, шпинат, чеснок.

Холодостойкие – все капустные растения: кочанная, брокколи, брюссельская, цветная, кольраби, савойская, горох, салат, лук, редис, редька, дайкон, морковь, петрушка, сельдерей, брюква, столовая свёкла и другие корнеплоды. Эти овощные культуры продолжительное время могут выдерживать низкую температуру воздуха +1+2оC, несколько дней выдерживают до –3–5оC, в отдельных случаях могут выдержать даже –10 оC. Максимальная температура развития этих овощных культур достигается при +17+20оC.

Полухолодостойкие – картофель, топинамбур. Эти овощные культуры заняли промежуточную позицию. Для образования клубней им достаточно умеренной температуры, как для капусты, моркови и других корнеплодов. А вот для развития надземной части картофелю и топинамбуру необходима более высокая температура, например, как для томатов.

Теплолюбивые – томат, перец, портулак, баклажаны, огурцы, кукуруза сахарная, кабачки, бамия, фасоль, артишок. Температуру ниже 0оC они уже не переносят, а некоторые, например, перец, огурец, погибают при +5+6оC. Длительный период пониженной температуры (ниже оптимальной), может отрицательно сказываться на завязыемости плодов томатов. Оптимальная температура развития у этих овощных культур находится в пределах +20+30 оC.

Жаростойкие – арбуз, дыня, тыква. Они достаточно активно растут при +30 оC, при температуре ниже оптимальной завязь арбузов, дынь может опадать. Это культуры погибают только тогда, когда столбик термометра превышает +48 оC.

В разные фазы своего развития овощи требуют определенной температуры. При прорастании семян необходима высокая температура. Семена дружнее и быстрее прорастают при +20+25 оC, независимо от того, к какой группе относится данный вид овощей.

От появления всходов до высадки рассады в грунт температура должна быть чуть ниже оптимальной.

После высадки в открытый грунт растениям требуется температура, близкая к оптимальной и днем, и ночью. В это время идет укоренение, наращивается и корневая система, и само растение трогается в рост. Если естественный условия резко отличаются от оптимальных для какого-то вида растений, то уже весной можно сделать прогноз, на что будет урожай. Если май холодный, то хорошо уродятся капуста, лук, морковь, брюква, свекла, редис. В оптимальных для них условиях с самых ранних пор эти растения быстро растут и лучше перенесут дальнейшее повышение температуры. Если же в мае жарко и дождливо, будет урожай огурцов, томатов, перцев.

В период бутонизации, цветения, плодоношения необходима повышенная температура для всех растений, как днем, так и ночью. Вот почему огурцы, выращиваемые в теплице, хорошо плодоносят. У них нарастание плодов продолжается даже ночью.

Влияние экстремального теплового стресса и повышенной температуры почвы на рост и развитие растений | CropWatch

При наличии или отсутствии достаточной влажности почвы в почвенном профиле тепловой стресс может представлять значительный риск и/или ограничивать рост и развитие растений. В то время как некоторые культуры более восприимчивы к тепловому стрессу на критических стадиях роста (например, опыление для кукурузы и стадия R3 (цветение) для сои), и кукуруза, и соя также подвержены экстремальному тепловому (и водному) стрессу на ранних стадиях вегетации.

Рисунок 1. Одним из показателей теплового стресса является скручивание листьев кукурузы ранним утром в районах с достаточной влажностью почвы, например, на этом поле на юго-востоке штата Небраска на этой неделе. (Фото Гэри Лесоинга)

Экстремальный тепловой стресс может снизить эффективность фотосинтеза и транспирации растений и отрицательно сказаться на развитии корней растений, что в совокупности может отрицательно сказаться на урожайности. Снижение скорости фотосинтеза как при тепловом, так и при водном стрессе часто связывают с

  • заниженная внутренняя установка CO 2 ,
  • ингибирование фотосинтетических ферментов (например, Rubisco) и
  • синтез АТФ (аденозинтрифосфата), который производит химическую энергию, необходимую для регуляции биохимических реакций растений.

Совместное воздействие как теплового, так и водного стресса на урожайность многих культур, включая кукурузу и сою, намного сильнее, чем эффект(-я) стресса по отдельности. Тепловой стресс, как правило, определяется как повышение температуры воздуха выше порогового уровня на период, достаточный для того, чтобы нанести необратимый ущерб росту и развитию растений. Тепловой стресс представляет собой сложную функцию интенсивности, продолжительности и скорости повышения температуры воздуха. Кроме того, эффект повышения температуры почвы (в результате повышения температуры воздуха) может быть еще сильнее, когда он сопровождается снижением влажности почвы. Следовательно, в периоды экстремальной жары содержание влаги в почве должно поддерживаться на адекватном уровне 1) для обеспечения поглощения растениями и 2) для минимизации воздействия более высокой температуры почвы, вызванной более высокой температурой воздуха.

Когда распределение почвенной влаги в корневой зоне растений неоднородно, как это имеет место в большинстве почв штата Небраска, корни растений могут компенсировать более сухие слои почвы, забирая больше воды из более влажных слоев. Однако при аномальной жаре и повышении температуры почвы корни растений в меньшей степени способны компенсировать различные уровни влажности почвы в пределах почвенного профиля. Когда температура почвы поднимается выше оптимального порога, поглощение растениями воды и питательных веществ может быть затруднено, что приводит к повреждению компонентов растения. Экстремальные температуры воздуха в сочетании с экстремальными температурами почвы могут вызывать разную степень повреждения различных частей растений.

Мои исследования показывают, что экстремальные температуры воздуха и почвы могут изменить скорость переноса воды из почвы в корневую систему и систему растений, что может снизить интенсивность транспирации растений, если транспирация растений не может идти в ногу с высокой потребностью в испарении из атмосферы (из-за высокой температуры воздуха). ). Экстремальный тепловой стресс (даже при достаточной влажности почвы) может вызвать снижение устьичной проводимости растений, что снижает уровень транспирации растений, вызывая снижение продуктивности растений и урожайности. Если экстремальный тепловой стресс сочетается с сухим ветром над кронами растений, степень закрытия устьиц и снижение скорости транспирации выше для кукурузы и сои. Если тепловой стресс сочетается с водным стрессом, это может привести к увеличению слипания корней, что снизит эффективность поглощения воды растениями. Если в начале водного стресса можно наблюдать увеличение роста корней, продолжающийся водный стресс — особенно при наличии теплового стресса — снизит общий рост корней.

В целом, культуры с неглубокой корневой системой менее устойчивы к засухе, чем виды с глубокой корневой системой, такие как люцерна или кукуруза. В условиях водного стресса у некоторых растений развиваются короткие опробковевшие корни, так как верхний слой почвы становится сухим. Это может помочь растениям пережить засуху, уменьшив потерю воды корнями растений, но это повлияет на рост, развитие и продуктивность растений. Поэтому очень важно иметь достаточную влажность почвы в почвенном профиле в периоды аномальной жары.

В то время как многочисленные исследования были сосредоточены на воздействии(ях) теплового и/или водного стресса на рост, развитие и урожайность растений на репродуктивных стадиях (т. , тепловой стресс в течение длительного периода на ранних стадиях вегетативного роста также может существенно повлиять на рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур. (Тепловая волна здесь описывается как температура воздуха, равная или превышающая 90 o F в течение 7-10 дней или дольше. Этот эффект особенно актуален, если тепловой стресс сочетается с дефицитом почвенной влаги и/или повышением температуры почвы.

В то время как рост корней растений на «ранних стадиях теплового и водного стресса» обычно усиливается для лучшего доступа к воде и предотвращения обезвоживания, продолжительный тепловой и водный стресс приводит к усыханию корней, анатомическим деформациям и слабому контакту корней с почвой, что ограничивает доступ воды и подачу ионов. У бобовых культур стрессы уменьшают размер и массу клубеньков, а также активность нитрогеназы.

Можно ли что-нибудь сделать, чтобы смягчить экстремальный тепловой стресс для растений?

Хотя вариантов смягчения негативного воздействия экстремального теплового стресса на сельскохозяйственные культуры немного, существует несколько практических вариантов, особенно в условиях орошения.

    1. Мониторинг влажности почвы в периоды аномальной жары имеет решающее значение. Поддержание адекватной влажности в почвенном профиле имеет решающее значение для снижения воздействия теплового стресса на сельскохозяйственные культуры. Инструменты и процедуры для эффективного управления орошением доступны на веб-сайте Сети управления сельскохозяйственными водными ресурсами штата Небраска (NAWMN; Irmak, 2005; Irmak et al., 2010).
    2. Несмотря на то, что в наших исследовательских программах мы используем передовые инструменты для четкого разграничения теплового стресса и водного стресса (и азотного стресса), быстрый и практичный способ проверки теплового стресса состоит в том, чтобы оценить структуру листа и кроны в ранние утренние часы, когда температура воздуха низкий. Если листья скручиваются, а влажность почвы в почвенном профиле достаточна, симптом, скорее всего, связан с тепловым стрессом. Скрученные листья также могут уменьшить поглощение света/радиации, а это, в свою очередь, может негативно повлиять на поглощение растениями воды и питательных веществ, а также скорость транспирации. Еще один практический способ проверки тургидности листьев и стеблей растений — сломать лист и/или стебель и проверить состояние воды (сока) растения в ранние утренние часы и повторить это снова в солнечные полуденные часы (около 15:00). ), когда температура воздуха обычно максимальна.
    3. Мои исследования показывают, что для культур с центральным круговым орошением, даже если профиль почвы имеет достаточную влажность почвы, использование кругового орошения и подача 0,25-0,40 дюйма воды может быть очень полезным для снижения явного тепла (тепла, которое используется). нагревать почвенно-растительную среду) во время аномальной жары. Тепло, существующее в окружающей среде, будет использоваться для нагревания (и испарения) этой дополнительной воды, а это, в свою очередь, снизит температуру покрова почвы и растений из-за испарительного охлаждения. Интервал для этого кругового цикла с небольшим количеством воды может составлять каждые три-пять дней, в зависимости от оросительного колодца, производительности центральной круговой системы и продолжительности периода сильной жары.
    4. Процесс быстрого прогона с помощью центрального круга и подачи 0,25-0,40 дюйма воды не только полезен на ранних стадиях роста, но также может быть эффективным и полезным для охлаждения растительного покрова и улучшения метаболических функций растения. деятельности во время волн тепла на репродуктивных стадиях.
    5. Аналогичные варианты для культур с самотечным и подпочвенным капельным орошением ограничены. Тем не менее, мое исследование показывает, что поля с подпочвенным капельным орошением, естественно, холоднее, чем поля с центральным круговым орошением, из-за повышенной скорости испарения в поле с подпочвенным капельным орошением, что приводит к большему охлаждению за счет испарения. В поле с подпочвенным капельным орошением используется больше энергии (тепла), чем в поле с центральным круговым орошением, и это снижает количество тепла в окружающей среде.
    6. Добавление этого дополнительного небольшого количества воды может быть особенно полезным, если культуры находятся на очень ранних стадиях вегетации, когда их корни не так развиты. Применение небольшого количества воды не должно препятствовать развитию корней растений в более глубоких слоях почвы, потому что корни растений проникают глубже в профиль почвы по многим причинам, помимо поиска почвенной влаги. Другие причины включают в себя:
      • разработка более прочной структуры растения,
      • поиск и поглощение питательных веществ и микроэлементов из почвы и
      • поддержание адекватного соотношения корней и побегов и т. д.

      Таким образом, даже если влажность почвы в верхнем слое почвы поддерживается достаточной, растения будут продолжать развивать корни в более глубоких слоях. При этом растения, выращенные на почвах с мелкой текстурой, обычно имеют более глубокие корни, чем растения, выращенные на почвах с грубой текстурой, по причинам, отличным от влажности почвы.

    7. В почвах с грубой структурой (например, песчаных, супесчаных и подобных почвах) более важно, чем в более мелкозернистых почвах (например, илисто-суглинистых, илисто-глинистых и подобных почвах), чтобы сохранить верхний слой почвы слой при достаточной влажности почвы на ранних стадиях роста и развития.
    8. Мои исследования показали, что на полях с уменьшенной или нулевой обработкой кукурузы и сои температура почвы в поверхностных слоях почвы может быть на 8-10 o F ниже, чем на полях с дисковой обработкой. Снижение температуры почвы во время аномальной жары может в значительной степени помочь смягчить воздействие теплового стресса на растения. Дополнительные растительные остатки на поверхности почвы на полях с редуцированной и нулевой обработкой могут свести к минимуму поглощение радиации (тепла) на поверхности почвы и изменить теплообмен между почвой и окружающим микроклиматом. Это снижает температуру почвы. Снижение температуры почвы полезно для ускорения роста корней и поглощения воды и питательных веществ в периоды сильной жары.
    9. Плодородие почвы также может влиять на степень воздействия на растения теплового и водного стресса. Было замечено, что устьичная проводимость растений и скорость транспирации в условиях водного стресса ниже в хороших условиях по сравнению с низкими условиями плодородия. Кроме того, в условиях теплового стресса плодородие почвы улучшилось за счет внесения макроэлементов, таких как калий и кальций, и микроэлементов, таких как бор, марганец и селен. Эти аппликации изменили функцию устьиц и активировали физиологические и метаболические процессы, которые помогли сохранить высокий водный потенциал тканей и повысить устойчивость к тепловому стрессу.

Beudez N. и Doussan C., 2013. Влияние пространственного расположения трех корней на сток и поглощение почвенной воды. Результаты явной и эквивалентной увеличенной модели. Procedia Окружающая среда. наук, 19(0), 37-46.

Глински Й. и Липец Дж., 1990. Физические условия почвы и корни растений. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, США.

Ирмак С., Д.З. Аман и Р. Бастуг. 2000. Определение индекса водного стресса сельскохозяйственных культур для определения сроков полива и оценки урожайности кукурузы. Агрономический журнал 92(6):1221-1227.

Ирмак С. и Д. Мутибва. 2009. О динамике устьичного сопротивления: взаимосвязь между устьичным поведением и микрометеорологическими переменными и эффективностью параметризации типа Джарвиса. Труды ASABE 52 (6): 1923-1939.

Ирмак С. и Д. Мутибва. 2009. О динамике потерь от испарения по Пенману-Монтейту при фиксированном и переменном сопротивлении полога при частичном и полном пологе кукурузы. Операции ASABE 52(4):1139-1153.

Ирмак С. и Д. Мутибва. 2010. О динамике сопротивления полога: обобщенно-линейная оценка и ее связь с первичными микрометеорологическими переменными. Исследование водных ресурсов 46:1-20, W08526, doi: 10.1029/2009WR008484.

Липец, Дж., К. Доуссан, А. Носалевич и К. Кондрачка. 2013. Влияние засухи и теплового стресса на рост и урожайность растений: обзор. Междунар. Агрофиз. 27, 463-477 doi: 10.2478/intag-2013-0017.

Muller B., Pantin F., Génard M., Turc O., Freixes S., Piques M., and Gibon Y., 2011. Дефицит воды отделяет рост от фотосинтеза, повышает содержание C и изменяет отношения между C и рост поглотительных органов. Дж. Эксп. бот., 62, 1715-1729 гг..

Пайеро, Дж.О. и С. Ирмак. 2006. Переменный верхний и нижний индекс водного стресса (CWSI) для кукурузы и сои. Наука об ирригации 25:21-32.

Сехон Х.С., Сингх Г., Шарма П. и Бэйнс Т.С., 2010. Эффективность использования воды в стрессовых условиях в: Изменение климата и управление зерновыми бобовыми культурами в прохладный сезон (ред. С.С. Ядав, Д.Л. МакНил, Р. Редден, и С.А. Патил). Springer Press, Дордрехт-Гейдельберг-Лондон-Нью-Йорк.

Simoes-Araujo J.L., Rumjanek N.G., and Margis-Pinheiro M., 2003. Гены малых белков теплового шока по-разному экспрессируются в различных разновидностях фасоли обыкновенной. Браз. J. Физиология растений, 15, 33-41.

Tardieu F., Bruckler L., and Lafolie F., 1992. Сгущение корней может повлиять на водный потенциал корней и устойчивость к переносу влаги между почвой и корнями. Растительная почва, 140, 291-301.

Вахид А., Гелани С., Ашраф М. и Фулад М.Р., 2007 г. Теплоустойчивость растений: обзор. Окружающая среда. Эксп. бот., 61, 199-223.

Wang Z., Xiong Y., and Wang M., 2000. Исследование экспертной системы прогнозирования орошения и принятия решений по водосбережению. Институт инженерии сельскохозяйственных почвенных вод Северо-Западного научно-технического университета сельского хозяйства и лесного хозяйства, Янлин, Шэньси.

Варайч Э.А., Ахмад Р., Халим А. и Азиз Т., 2012. Смягчение температурного стресса за счет управления питательными веществами в сельскохозяйственных культурах: обзор. J. Почвоведение. Питание растений, 12(2), 221-244.

Реакция растений на тепловой стресс

изображение: Проф. Бриджит Поппенбергер, TUM
посмотреть больше 

Авторы и права: А. Хеддерготт / TUM

Это может быть трудно вспомнить зимой, но июль 2021 года был самым жарким месяцем из когда-либо зарегистрированных. В США средняя температура была выше средней за июль на 2,6 градуса по Фаренгейту, а во многих южных европейских странах температура превышала 45 градусов по Цельсию, включая рекордно высокую температуру в 48,8 градусов по Цельсию, зарегистрированную на восточном побережье. Сицилии в Италии.

За последние несколько десятилетий во всем мире увеличилось количество волн тепла с рекордными максимумами, и это рассматривается как результат изменения климата. Волны тепла возникают чаще, становятся более жаркими и длятся дольше, что приводит к серьезным последствиям не только для людей и животных, но и для растений. «Тепловой стресс может негативно повлиять на растения в их естественной среде обитания и дестабилизировать экосистемы, а также резко сократить урожай сельскохозяйственных культур, тем самым угрожая нашей продовольственной безопасности», — говорит Бриджит Поппенбергер, профессор биотехнологии садовых культур.

Клетки активируют молекулярный механизм защиты от теплового стресса

Чтобы выжить в короткие периоды теплового стресса, растения активируют молекулярный механизм, называемый реакцией на тепловой шок. Эта реакция на тепловой шок (общая для всех организмов) защищает клетки от повреждений, вызванных протеотоксическим стрессом, который повреждает белки. Такой стресс вызывается не только жарой, но также может быть результатом воздействия определенных токсинов, ультрафиолетового излучения или засоленности почвы.

Реакция на тепловой шок защищает клетки различными способами, одним из которых является выработка так называемых белков теплового шока, которые служат молекулярными щитами, защищающими белки, предотвращая неправильное свертывание.

Брассиностероиды могут повышать устойчивость растений к тепловому стрессу

Растения реагируют на тепловой стресс, активируя факторы теплового шока, а также другие молекулярные факторы. В частности, задействованы гормоны как химические мессенджеры. Среди гормонов, которые вырабатывают растения, есть брассиностероиды, которые в первую очередь регулируют их рост и развитие. Но, в дополнение к стимулирующим рост свойствам, брассиностероиды обладают и другими интересными способностями, одной из которых является их способность повышать устойчивость растений к тепловому стрессу, и исследователи из ТУМ недавно обнаружили, что способствует этой защитной способности.

Используя модель растения Arabidopsis thaliana , исследовательская группа под руководством профессора Бриджит Поппенбергер смогла выяснить, как брассиностероиды регулируют специфический фактор транскрипции — особый белок, ответственный за включение или выключение определенных участков ДНК. . Этот фактор транскрипции, называемый BES1, может взаимодействовать с факторами теплового шока, тем самым позволяя направлять генетическую информацию на усиление синтеза белков теплового шока. При повышении активности BES1 растения становятся более устойчивыми к тепловому стрессу, при ее снижении – более чувствительными к нему. Кроме того, группа продемонстрировала, что BES1 активируется тепловым стрессом и что эта активация стимулируется брассиностероидами.

Возможное применение в сельском хозяйстве и садоводстве

«Эти результаты представляют интерес не только для биологов, пытающихся расширить наше понимание реакции на тепловой шок, но также имеют потенциал для практического применения в сельском хозяйстве и садоводстве», — говорит профессор Поппенбергер.

Доступны биостимуляторы, содержащие брассиностероиды, и их можно проверить на способность повышать устойчивость растений к тепловому стрессу. Такие вещества являются натуральными продуктами, одобренными для органического земледелия, и поэтому могут использоваться без проблем. В качестве альтернативы, BES1 может быть интересной мишенью для методов селекции. Это можно использовать для создания сортов, более устойчивых к тепловому стрессу и, таким образом, обеспечивающих более стабильные урожаи в случае будущих волн тепла.