галотолерантность
Галотолерантность — приспособление живых организмов к условиям повышенной солености . [1] Галотолерантные виды, как правило, обитают в таких районах, как гиперсоленые озера , прибрежные дюны , солончаковые пустыни , солончаки , а также внутренние соленые моря и источники . Галофилы — это организмы, которые живут в среде с высоким содержанием соли и для выживания нуждаются в солености , в то время как галотолерантные организмы (принадлежащие к различным областям жизни) могут расти в условиях солености, но не требуют для роста повышенных концентраций соли. Галофиты – солеустойчивые высшие растения. Галотолерантные микроорганизмы представляют значительный биотехнологический интерес. [2]
Приложения
[ редактировать ]Области научных исследований, имеющие отношение к галотолерантности, включают биохимию , молекулярную биологию , клеточную биологию , физиологию , экологию и генетику .
Понимание галотолерантности может быть применимо к таким областям, как сельское хозяйство в засушливых зонах , ксерискейпинг , аквакультура (рыбы или водорослей), биопроизводство желаемых соединений (таких как фикобилипротеины или каротиноиды ) с использованием морской воды для поддержки роста или восстановление засоленных почв. . Кроме того, многие стрессоры окружающей среды вызывают или вызывают осмотические изменения, поэтому полученные знания о галотолерантности также могут быть полезны для понимания толерантности к экстремальным значениям влажности или температуры.
Цели изучения галотолерантности включают повышение сельскохозяйственной продуктивности земель, затронутых засолением почв или где доступна только соленая вода. Обычные сельскохозяйственные виды можно сделать более галотолерантными путем переноса генов от естественно галотолерантных видов (путем традиционной селекции или генной инженерии ) или путем применения методов лечения, разработанных на основе понимания механизмов галотолерантности. Кроме того, из естественных галотолерантных растений или микроорганизмов можно превратить полезные сельскохозяйственные культуры или ферментационные организмы.
Клеточные функции галофитов
[ редактировать ]Толерантность к условиям с высоким содержанием соли можно обеспечить несколькими способами. Высокий уровень соли, попадающий в растение, может вызвать ионный дисбаланс, который вызывает осложнения дыхания и фотосинтеза, что приводит к снижению темпов роста, травмам и смерти в тяжелых случаях. Чтобы считаться толерантным к солевым условиям, протопласт должен демонстрировать методы балансирования токсических и осмотических эффектов повышенных концентраций соли. Галофитные сосудистые растения могут выжить на почвах с содержанием солей около 6%, в крайних случаях до 20%. Толерантность к таким условиям достигается за счет использования стрессовых белков и совместимых осмотических растворов цитоплазмы. [3]
Чтобы существовать в таких условиях, галофиты, как правило, подвергаются поглощению высоких уровней соли в свои клетки, и это часто требуется для поддержания осмотического потенциала ниже, чем у почвы, чтобы обеспечить поглощение воды. Высокие концентрации соли внутри клетки могут повредить чувствительные органеллы, такие как хлоропласты, поэтому наблюдается секвестрация соли. В результате этого действия соль сохраняется внутри вакуоли, защищая такие деликатные участки. Если внутри вакуоли наблюдаются высокие концентрации соли, между вакуолью и цитоплазмой устанавливается высокий градиент концентрации, что приводит к большим затратам энергии для поддержания этого состояния. Следовательно, можно увидеть, что накопление совместимых цитоплазматических осмотических растворов предотвращает возникновение этой ситуации. Аминокислоты, такие как пролин, накапливаются в галофитных видах Brassica , четвертичные аммониевые основания, такие как глицин-бетаин, и сахара, как было показано, действуют в этой роли в галофитных представителях Chenopodiaceae и представителях Asteraceae демонстрируют накопление циклитов и растворимых сахаров. Накопление этих соединений позволяет сбалансировать осмотический эффект, предотвращая при этом установление токсичных концентраций соли или требуя поддержания высоких градиентов концентрации. [ нужна ссылка ]
Бактериальная галотолерантность
[ редактировать ]Степень галотолерантности широко варьируется у разных видов бактерий. [4] Ряд цианобактерий галотолерантны; Примером места появления таких цианобактерий является Макгадикгади Панс , большое гиперсоленое озеро в Ботсване . [5]
Грибковая галотолерантность
[ редактировать ]Грибы из местообитаний с высокой концентрацией соли в основном галотолерантны (т.е. им не требуется соль для роста) и не галофилы. Галофильные грибы являются редким исключением. [6] Галотолерантные грибы составляют относительно большую и постоянную часть сообществ гиперсоленой среды, например, в солнечных солеварнях . [7] Хорошо изученные примеры включают дрожжи Debaryomyces hansenii и черные дрожжи Aureobasidium pullulans и Hortaea werneckii . [8] Последние могут расти как на средах без соли, так и в практически насыщенных NaCl растворах . Чтобы подчеркнуть эту необычайно широкую приспособляемость , некоторые авторы описывают H. werneckii как «чрезвычайно галотолерантный». [9]
См. также
[ редактировать ]- Реакция Arabidopsis thaliana на засоление
- Биосоленость – использование соленой воды для орошения.
- Толерантность сельскохозяйственных культур к морской воде . Устойчивость сельскохозяйственных культур к морской воде – это способность сельскохозяйственных культур противостоять высокой засоленности, вызванной орошением морской водой.
- Контроль засоления – Решение проблемы засоления почвы.
- Солеустойчивость сельскохозяйственных культур
- Натрий в биологии - Использование натрия организмами
- Засоленность почвы – Содержание солей в почве.
- Контроль засоления почвы – Решение проблемы засоления почвы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уолтер Ларчер (2001) Физиологическая экология растений ISBN 3-540-43516-6
- ^ Маржезин, Р.; Шиннер, Ф. (2001). «Потенциал галотолерантных и галофильных микроорганизмов для биотехнологии». Экстремофилы: жизнь в экстремальных условиях . 5 (2): 73–83. дои : 10.1007/s007920100184 . ПМИД 11354458 . S2CID 22371046 .
- ^ Гупта, Бхаскар; Хуан, Бингру (3 апреля 2014 г.). «Механизм солеустойчивости растений: физиологическая, биохимическая и молекулярная характеристика» . Международный журнал геномики . 2014 : 701596. дои : 10.1155/2014/701596 . ПМЦ 3996477 . ПМИД 24804192 .
- ^ Дитер Хойссингер и Хельмут Сиес (2007) Осмосенсорство и осмосигнализация , Academic Press, 579 страниц. ISBN 0-12-373921-7
- ^ К. Майкл Хоган (2008) Макгадикгади , Мегалитический портал, изд. А. Бернэм
- ^ Гостинчар, К.; Грубе, М.; Де Хоог, С.; Залар, П.; Гунде-Цимерман, Н. (2010). «Экстремотолерантность грибов: эволюция на грани» . ФЭМС Микробиология Экология . 71 (1): 2–11. дои : 10.1111/j.1574-6941.2009.00794.x . ПМИД 19878320 .
- ^ Зайц, Дж.; Залар, П.; Племениташ, А.; Гунде-Цимерман, Н. (2012). «Микобиота Солтернов». Биология морских грибов . Прогресс молекулярной и субклеточной биологии. Том. 53. С. 133–158. дои : 10.1007/978-3-642-23342-5_7 . ISBN 978-3-642-23341-8 . ПМИД 22222830 .
- ^ Гунде-Цимерман, Н.; Рамос, Дж.; Племениташ, А. (2009). «Галотолерантные и галофильные грибы». Микологические исследования . 113 (11): 1231–1241. дои : 10.1016/j.mycres.2009.09.002 . ПМИД 19747974 .
- ^ Гостинчар, К.; Ленасси, М.; Гунде-Цимерман, Н.; Племениташ, А. (2011). Адаптация грибов к чрезвычайно высоким концентрациям солей . Достижения прикладной микробиологии. Том. 77. С. 71–96. дои : 10.1016/B978-0-12-387044-5.00003-0 . ISBN 9780123870445 . ПМИД 22050822 .
