Что касается сельского хозяйства, абиотический стресс - это стресс, вызванный факторами естественной среды, такими как экстремальные температуры , ветер , засуха и соленость . Человечество не может полностью контролировать абиотические стрессы. Для людей очень важно понимать, как факторы стресса влияют на растения и другие живые существа, чтобы мы могли принять некоторые профилактические меры.
Профилактические меры - единственный способ защитить себя и свое имущество от абиотического стресса. Существует множество различных типов абиотических стрессоров и несколько методов, которые люди могут использовать для уменьшения негативного воздействия стресса на живые существа.
Холодный [ править ]
Один из видов абиотического стресса - холод . Это имеет огромное влияние на фермеров. Холод влияет на производителей сельскохозяйственных культур во всем мире в каждой стране. Урожайность страдает, и фермеры также несут огромные убытки, потому что погода слишком холодная для выращивания урожая (Xiong & Zhu, 2001).
Люди спланировали посадку наших культур по сезонам. Несмотря на то, что времена года довольно предсказуемы, всегда случаются неожиданные штормы, волны тепла или похолодания, которые могут испортить наши вегетационные периоды (Suzuki & Mittler, 2006).
ROS обозначает активные формы кислорода. АФК играет большую роль в опосредовании событий посредством трансдукции. Было показано, что холодовой стресс увеличивает транскрипт, белок и активность различных ферментов, поглощающих АФК. Также было показано, что низкотемпературный стресс увеличивает накопление H2O2 в клетках (Suzuki & Mittler, 2006).
Растения можно приспосабливать к низким или даже отрицательным температурам. Если растение может пережить период умеренного холода, это активирует в растении гены, реагирующие на холода. Затем, если температура снова упадет, гены заставят растение справляться с низкой температурой. Даже при температурах ниже нуля можно выжить, если будут активированы соответствующие гены (Suzuki & Mittler, 2006).
Жара [ править ]
Было показано, что тепловой стресс вызывает проблемы с митохондриальными функциями и может привести к окислительному повреждению. Считается, что активаторы рецепторов теплового стресса и защиты связаны с АФК. Тепло - это еще одна вещь, с которой растения могут справиться, если они проходят надлежащую предварительную обработку. Это означает, что если температура будет постепенно повышаться, растения смогут лучше перенести это изменение. Внезапное продолжительное повышение температуры может вызвать повреждение растения, потому что у их клеток и рецепторов не было достаточно времени, чтобы подготовиться к серьезному изменению температуры.
Тепловой стресс также может отрицательно сказаться на размножении растений. Температура на 10 и более градусов Цельсия выше нормальной температуры выращивания может плохо сказаться на репродуктивных функциях некоторых растений. Пыльца мейоз , пыльца всхожесть, яйцеклетка развития, яйцеклетка жизнеспособность, развитие эмбриона и рост проростков все аспекты воспроизводства растений , которые страдают от жары. (Cross, Маккей, МакКьюэн, и Бонэм-Smith, 2003)
Было проведено множество исследований влияния тепла на размножение растений. Одно исследование на растениях было проведено на растениях канолы при 28 градусах Цельсия, в результате размер растения уменьшился, но растения все еще оставались плодородными. Другой эксперимент был проведен на растениях канолы при 32 градусах Цельсия, в результате чего были получены стерильные растения. Кажется, что растения легче повреждаются экстремальными температурами на стадии развития от позднего цветка до раннего семени (Cross, McKay, McHughen, & Bonham-Smith, 2003).
Ветер [ править ]
Ветер - огромная часть абиотического стресса. Просто нет возможности остановить ветер. В одних частях мира это определенно более серьезная проблема, чем в других. Бесплодные районы, такие как пустыни, очень подвержены естественной ветровой эрозии. На таких участках нет растительности, которая удерживала бы частицы почвы. Как только ветер начинает развевать почву, ничто не может остановить процесс. Единственный шанс, что почва останется на месте, - это если не будет ветра. Обычно это не вариант.
Рост растений в районах, обдуваемых ветром, очень ограничен. Поскольку почва постоянно движется, у растений нет возможности развить корневую систему. Почва, которая сильно дует, обычно тоже очень сухая. В результате остается мало питательных веществ, способствующих росту растений.
Сельскохозяйственные угодья обычно очень подвержены ветровой эрозии. Большинство фермеров не выращивают покровные культуры в сезон, когда их основные культуры не высаживаются на поля. Они просто оставляют землю открытой и непокрытой. Когда почва высохнет, верхний слой становится похож на порошок. Когда дует ветер, порошкообразный верхний слой сельскохозяйственных угодий поднимается и разносится на многие мили. Это точный сценарий, который произошел во время «пыльной чаши» 1930-х годов. Сочетание засухи и плохих методов ведения сельского хозяйства позволило ветру переносить тысячи тонн грязи из одного района в другой.
Ветер - один из факторов, который люди действительно могут контролировать. Просто применяйте передовые методы ведения сельского хозяйства. Не оставляйте землю голой и без какой-либо растительности. В засушливое время года особенно важно, чтобы земля была покрыта, потому что сухая почва перемещается на ветру намного легче, чем влажная.
Когда почва не уносится ветром, условия для роста растений намного лучше. Растения не могут расти в почве, которая постоянно дует. Их корневые системы не успевают сформироваться. Кроме того, когда частицы почвы разлетаются, они изнашиваются на растениях, на которые попадают. По сути, растения подвергаются пескоструйной очистке.
Засуха [ править ]
Засуха очень губительна для всех видов растений. Когда в почве нет воды, в ней не так много питательных веществ, чтобы поддерживать рост растений. Засуха также усиливает воздействие ветра. Когда наступает засуха, почва становится очень сухой и легкой. Ветер подхватывает эту сухую грязь и уносит ее. Это сильно ухудшает качество почвы и создает плохие условия для выращивания растений.
Адаптация растений [ править ]
Растения подвергаются воздействию стихий на протяжении тысячелетий. За это время они эволюционировали, чтобы уменьшить воздействие абиотического стресса. Передача сигнала - это механизм у растений, который отвечает за адаптацию растений (Xiong & Zhu, 2001). Многие сети передачи сигналов были обнаружены и изучены в микробных и животных системах. Имеются ограниченные знания в области растений, потому что очень трудно точно определить, на какие фенотипы растения влияют стрессоры. Эти фенотипы очень ценны для исследователей. Им необходимо знать фенотипы, чтобы они могли разработать метод скрининга мутантных генов. Мутанты - ключ к обнаружению сигнальных путей у живых существ.
На животных и микробах легче проводить тесты, потому что они довольно быстро реагируют на стрессовый фактор, что приводит к изоляции конкретного гена. Исследования влияния температуры, засухи и солености проводились десятилетиями, но ответов не так много.
Рецепторы [ править ]
Часть растения, животного или микроба, которая первой чувствует фактор абиотического стресса, является рецептором. Как только сигнал улавливается рецептором, сигналы передаются межклеточно, а затем активируют ядерную транскрипцию, чтобы получить эффекты определенного набора генов. Эти активированные гены позволяют растению реагировать на стресс, который оно испытывает. Несмотря на то, что ни один из рецепторов холода, засухи, засоления или гормона стресса абсцизовой кислоты в растениях точно не известен, сегодняшние знания показывают, что рецептор-подобные протеинкиназы, двухкомпонентные гистидинкиназы, а также G- белковые рецепторы могут быть возможными сенсорами этих различных сигналов.
Рецептороподобные киназы можно найти как у растений, так и у животных. У растений намного больше RLK, чем у животных. Они тоже немного разные. В отличие от RLK животных, которые обычно обладают последовательностями сигнатур тирозина, RLK растений имеют последовательности сигнатур серина или треонина (Xiong & Zhu, 2001).
Генетически модифицированные растения [ править ]
Чаще всего растения модифицируют, чтобы они были устойчивыми к определенным гербицидам или патогенам , но у нас есть технология модификации растений, чтобы сделать их устойчивыми к определенным абиотическим стрессорам. Холод, жара, засуха или соль - все это факторы, от которых можно защитить генетически модифицированные растения.
К некоторым растениям могут быть добавлены гены от других видов растений, которые обладают устойчивостью к определенному стрессу. Растения, имплантированные этими генами, затем станут трансгенными растениями, потому что в них есть гены другого вида растений. Ученые сначала должны выделить в растении конкретный ген, ответственный за его устойчивость. Затем ген будет взят из растения и помещен в другое растение. Растение, которому вводят новый ген устойчивости, будет иметь устойчивость к абиотическому стрессору и сможет переносить более широкий диапазон условий (Weil, 2005).
Этот процесс создания трансгенных растений может иметь огромное влияние на экономику нашей страны. Если бы растения можно было генетически модифицировать, чтобы они были устойчивы к более широкому спектру стрессов, урожайность резко выросла бы. С расширением городов уменьшается количество акров сельскохозяйственных угодий. Несмотря на то, что приусадебные участки застраиваются, количество людей, потребляющих сельскохозяйственную продукцию, растет. На этанол также приходится гораздо больше кукурузы, выращиваемой здесь, в США. Производство этого топлива создает нагрузку на рынок кукурузы. Цены на кукурузу выросли, и эта цена отрицательно сказывается на людях, которые кормят животных кукурузой. Сочетание уменьшения площади сельскохозяйственных угодий и более высокого спроса на сельскохозяйственные культуры поставило производителей и потребителей перед серьезной дилеммой.Единственное решение этой проблемы - продолжать получать все более высокие урожаи с оставшихся у нас пахотных земель.
Генетически модифицированные растения - хороший ответ на проблему нехватки урожая. Эти растения можно спроектировать так, чтобы они были устойчивы ко всем типам абиотического стресса. Это предотвратит потерю урожая из-за экстремальных температур, засухи, ветра или засоления. Потребители сельскохозяйственных культур будут получать немного более низкие цены, потому что спрос на них будет немного ниже.
На Среднем Западе США испытывают сильную засуху. Фермеры ограничены в возможностях орошения из-за нехватки воды. В течение вегетационного периода также бывает очень мало дождя, поэтому урожай не очень хороший. Эту проблему можно решить путем генетической модификации растений, чтобы они стали более устойчивыми к засухе. Если бы растения могли использовать меньше воды и давать урожайность выше или равную нынешним, это было бы лучше для людей, а также для окружающей среды. Люди будут наслаждаться изобилием сельскохозяйственных культур, которые они могут потреблять и экспортировать с прибылью. Окружающая среда сможет иметь больше воды в ее водоносных горизонтах и реках по всей стране.
Еще один экологический фактор, который следует улучшить, - это количество земель, оставленных для дикой природы . Посевы, модифицированные для обеспечения устойчивости к абиотическому стрессу и другим факторам, снижающим урожайность, потребуют меньшего использования земли. Производители смогли бы выращивать достаточное количество сельскохозяйственных культур на меньших площадях, если бы растения были модифицированы для получения очень высоких урожаев. Это позволило бы отвести часть пахотных земель, которые используются сегодня, для дикой природы. Вместо того, чтобы заниматься сельским хозяйством «от линии забора до линии забора», фермеры могли бы создать большие буферные зоны на своих полях. Эти буферы станут прекрасной средой обитания для растений и животных.
Многие люди не любят генетически модифицированные организмы. Люди, выступающие против этих модифицированных растений, часто заявляют, что они небезопасны для окружающей среды или для потребления человеком. В обращении есть много видеороликов и отчетов, которые дискредитируют безопасность генетически модифицированных организмов. King Corn - это одно видео, в котором утверждается, что кукуруза вредна для употребления людьми.
Существуют строгие правила и протоколы, относящиеся к генетически модифицирующим растениям. Компания, специализирующаяся на производстве генетически модифицирующих организмов, должна подвергать свои растения огромному количеству тестов, чтобы гарантировать безопасность своего продукта. Продукт должен пройти все эти испытания, чтобы получить больше семян растений.
Когда семена производятся массово, поля, на которых они выращиваются, должны соответствовать определенным критериям. Вокруг них не должно быть зон растительности, чтобы предотвратить распространение модифицированных растений среди местного населения. Участки должны быть тщательно промаркированы и промаркированы, чтобы компания точно знала, что именно на поле высаживают. Все эти протоколы существуют для обеспечения безопасности потребителей, а также окружающей среды. Поскольку генетически модифицированные растения получают гены стрессоустойчивости или гены с высокой урожайностью, они лучше для окружающей среды. Они только помогают создать больше земли, которую можно вернуть в естественную среду обитания для растений и животных.
Заключение [ править ]
Абиотический стресс - это естественный фактор, которым люди не могут управлять. Одним из примеров двух дополнительных факторов стресса является ветер и засуха. Засуха иссушает почву и убивает растущие в ней растения. После этого почва остается бесплодной и сухой. Ветер может поднять почву и разнести ее на многие мили. Орошение может предотвратить это, но на некоторых участках орошение невозможно.
Можно внедрить генетически модифицированные растения, чтобы замедлить действие абиотических стрессоров. Это позволяет выращивать больше культур на меньшем участке земли. Меньшая потребность в сельскохозяйственных угодьях позволяет использовать некоторые из них для естественной среды обитания диких животных.
Абиотический стресс создает проблему для людей или окружающей среды только в том случае, если они к нему не готовы. Люди могут предпринять шаги, чтобы уменьшить последствия. Растения и животные обладают способностью со временем адаптироваться к абиотическому стрессу.
Ссылки [ править ]
- Роберсон, Р. (2007). Засуха может привести к резкому скачку цен на сельскохозяйственные товары в 2008 году. Southeast Farm press, 34 (26), 26-27
- Вейл, Дж. (2005). Полезны и безопасны ли генетически модифицированные растения ?. IUMB Life, 57 (4/5), 311-314
- Нобухиро, С., и Миллер, Р. (2006). Активные формы кислорода и температурные стрессы: тонкий баланс между сигнализацией и разрушением. Physiologica Plantarum, 126, 45-51.
- Xiong, L., & Zhu, J. (2001). Передача сигнала абиотического стресса в растениях: молекулярные и генетические перспективы. Physiologica Plantaraum, 112, 152-166.
- Бартельс, Д., и Сункар, Р. (2005). Засуха и солеустойчивость растений. Критические обзоры в науках о растениях, 24, 23-28
- Роберсон, Р. (2007). Засуха может вызвать проблемы с токсичностью некоторых летних кормов. Юго-Восточная Фарм Пресс, 26
- Майнер Б., Султан С., Морган С., Падилла Д. и Рельеа Р. (2005). Экологические последствия фенотипической пластичности. Тенденции в экологии и эволюции, 20 (12), 685-692
- Роберсон, Р. (2007). Сбор урожая кукурузы, подвергшейся стрессу от засухи, является проблемой для производителей на юго-востоке. Юго-Восточная Фарм Пресс, 8
- Кросс Р., Маккей А., МакХьюген А. и Бонэм-Смит П. (2003). Воздействие теплового стресса на размножение и рост семян у Linumusitatissimum L. (лен). Pland, Cell и Environment, 26, 1013–1020.
- Аллен Р.Д. (1995) Исследование устойчивости к окислительному стрессу с использованием трансгенных растений. Физиология растений 107: 1049–1054
