Естественный стресс

Что касается сельского хозяйства, абиотический стресс — это стресс, вызванный факторами окружающей среды, такими как экстремальные температуры , ветер , засуха и соленость . Человечество не имеет особого контроля над абиотическими стрессами. Людям 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

Одним из видов абиотического стресса является холод . Это оказывает огромное влияние на фермеров. Холод влияет на производителей сельскохозяйственных культур во всем мире, в каждой стране. Урожайность снижается, и фермеры также несут огромные потери, потому что погода слишком холодная для выращивания сельскохозяйственных культур (Xiong & Zhu, 2001).

Люди спланировали посадку наших культур по сезонам. Несмотря на то, что времена года довольно предсказуемы, всегда случаются неожиданные штормы, волны жары или похолодания, которые могут разрушить вегетационный период (Suzuki & Mittler, 2006).

ROS означает активные формы кислорода. АФК играют большую роль в опосредовании событий посредством трансдукции. Было показано, что холодовой стресс усиливает транскрипт, белок и активность различных ферментов, улавливающих АФК. Также было показано, что низкотемпературный стресс увеличивает накопление H ₂ O ₂ в клетках (Suzuki & Mittler, 2006).

Растения могут быть акклиматизированы к низким или даже отрицательным температурам. Если растение может пережить легкие холода, это активирует в растении гены, реагирующие на холод. Затем, если температура снова упадет, гены научат растение справляться с низкой температурой. Даже при низких температурах можно выжить, если активировать соответствующие гены (Suzuki & Mittler, 2006).

Нагревать

тепловой Было показано, что стресс вызывает проблемы с функциями митохондрий и может привести к окислительному повреждению. Считается, что активаторы рецепторов теплового стресса и защиты связаны с АФК. Жара – это еще одна вещь, с которой растения могут справиться, если у них есть надлежащая предварительная обработка. Это означает, что если температура постепенно повысится, растения смогут лучше справиться с изменением. Внезапное длительное повышение температуры может нанести вред растению, поскольку его клетки и рецепторы не успели подготовиться к серьезному изменению температуры.

Тепловой стресс также может оказывать пагубное влияние на размножение растений. Температура на 10 градусов Цельсия и более выше нормальной температуры выращивания может оказать плохое влияние на некоторые репродуктивные функции растений. Пыльцевой мейоз , прорастание пыльцы, развитие семяпочки , жизнеспособность семяпочки, развитие зародыша и рост рассады — все это аспекты размножения растений, на которые влияет жара (Cross, McKay, McHughen и Bonham-Smith, 2003).

Было проведено множество исследований влияния тепла на размножение растений. Одно исследование растений было проведено на растениях канолы при температуре 28 градусов Цельсия, в результате размер растений уменьшился, но растения все еще были плодовитыми. Другой эксперимент был проведен на растениях канолы при температуре 32 градуса Цельсия, в результате были получены стерильные растения. Растения, по-видимому, легче повреждаются экстремальными температурами на стадии от позднего цветения до ранней стадии развития семян (Cross, McKay, McHughen & Bonham-Smith, 2003).

Ветер

Ветер является огромной частью абиотического стресса. Остановить ветер просто невозможно. В некоторых частях мира это определенно более серьезная проблема, чем в других. Бесплодные территории, такие как пустыни, очень подвержены естественной ветровой эрозии. На этих типах территорий нет растительности, удерживающей частицы почвы на месте. Как только ветер начинает разносить почву, уже ничто не может остановить этот процесс. Единственный шанс для почвы остаться на месте — это если не дует ветер. Обычно это не вариант.

Рост растений на продуваемых ветром территориях очень ограничен. Поскольку почва постоянно движется, у растений нет возможности развить корневую систему. Почва, которую сильно дует, обычно также очень сухая. Это оставляет мало питательных веществ, способствующих росту растений.

Сельскохозяйственные угодья, как правило, очень подвержены ветровой эрозии. Большинство фермеров не сажают покровные культуры в те сезоны, когда их основные культуры не выращиваются на полях. Они просто оставляют землю открытой и непокрытой. Когда почва высыхает, верхний слой становится похожим на порошок. Когда дует ветер, рыхлый верхний слой сельскохозяйственных угодий поднимается и разносится на многие мили. Именно такой сценарий произошел во время «пыльного котла» в 1930-х годах. Сочетание засухи и плохих методов ведения сельского хозяйства позволило ветру переносить тысячи тонн земли с одного участка на другой.

Ветер — один из факторов, который люди действительно могут контролировать. Просто практикуйте хорошие методы ведения сельского хозяйства. Не оставляйте землю голой и без какой-либо растительности. В засушливые сезоны особенно важно накрывать землю, поскольку сухая почва движется на ветру гораздо легче, чем влажная.

Когда почва не продувается ветром, условия для роста растений намного лучше. Растения не могут расти в почве, которая постоянно дует. Их корневая система не успевает укорениться. Кроме того, когда частицы почвы выдуваются ветром, они изнашивают растения, с которыми сталкиваются. Растения по сути «пескоструйные».

Засуха

Засуха очень губительна для всех видов растений. Когда в почве нет воды, в ней не так много питательных веществ, необходимых для поддержания роста растений. Засуха также усиливает воздействие ветра. Когда наступает засуха, почва становится очень сухой и легкой. Ветер подхватывает эту сухую грязь и уносит ее. Это действие сильно ухудшает почву и создает плохие условия для выращивания растений.

Адаптация растений

Растения подвергались воздействию стихий на протяжении тысячелетий. За это время они эволюционировали, чтобы уменьшить последствия абиотического стресса. Передача сигнала — это механизм растений, отвечающий за адаптацию растений (Xiong & Zhu, 2001). Многие сети сигнальной трансдукции были обнаружены и изучены в микробных и животных системах. Знания в области растений ограничены, поскольку очень сложно точно определить, на какие фенотипы растения влияют стрессоры. Эти фенотипы очень ценны для исследователей. Им необходимо знать фенотипы, чтобы создать метод выявления мутантных генов. Мутанты — ключ к поиску сигнальных путей у живых существ.

На животных и микробах легче проводить тесты, поскольку они довольно быстро реагируют на воздействие стрессового фактора, что приводит к выделению конкретного гена. Исследования влияния температуры, засухи и солености проводились десятилетиями, но ответов было не так много.

Рецепторы

Часть растения, животного или микроба, которая первой ощущает абиотический стрессовый фактор, является рецептором. Как только сигнал улавливается рецептором, сигналы передаются межклеточно, а затем активируются ядерная транскрипция, чтобы получить эффекты определенного набора генов. Эти активированные гены позволяют растению реагировать на стресс, который оно испытывает. Хотя ни один из рецепторов холода, засухи, засоленности или гормона стресса абсцизовой кислоты в растениях точно не известен, имеющиеся у нас сегодня знания показывают, что рецептороподобные протеинкиназы, двухкомпонентные гистидинкиназы, а также G- Белковые рецепторы могут быть возможными сенсорами этих различных сигналов.

Рецепторно-подобные киназы можно найти как у растений, так и у животных. У растений гораздо больше RLK, чем у животных. Они также немного отличаются. В отличие от RLK животных, которые обычно обладают сигнатурными последовательностями тирозина, растительные RLK имеют сигнатурные последовательности серина или треонина (Xiong & Zhu, 2001).

Генетически модифицированные растения

Растения чаще всего модифицируются для придания устойчивости 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 защититься с помощью генетически модифицированных растений.

К некоторым растениям могут быть добавлены гены других видов растений, обладающих устойчивостью к определенному стрессу. Растения, которым имплантированы эти гены, затем станут трансгенными растениями, поскольку в них есть гены другого вида растений. Сначала ученым необходимо выделить в растении конкретный ген, отвечающий за его устойчивость. Затем ген извлекали из растения и помещали в другое растение. Растение, которому введен новый устойчивый ген, будет обладать устойчивостью к абиотическим стрессорам и сможет переносить более широкий спектр условий (Weil, 2005).

Этот процесс создания трансгенных растений может оказать огромное влияние на экономику нашей страны. Если бы растения можно было генетически сконструировать так, чтобы они были устойчивы к более широкому спектру стрессов, урожайность сельскохозяйственных культур резко возросла бы. С расширением городов количество сельскохозяйственных угодий уменьшается. Хотя фермерские площади застраиваются, число людей, потребляющих сельскохозяйственную продукцию, растет. Этанол также ответственен за использование гораздо большего количества кукурузы, выращенной здесь, в США. Производство этого топлива создало нагрузку на рынок кукурузы. Цены на кукурузу выросли, и эта цена оказывает негативное влияние на людей, которые кормят животных кукурузой. Сочетание сокращения площадей сельскохозяйственных угодий и более высокого спроса на сельскохозяйственные культуры поставило производителей и потребителей перед серьезной дилеммой. Единственное решение этой проблемы — продолжать получать все более и более высокие урожаи с пахотных земель, которые у нас остались.

Генетически модифицированные растения являются хорошим решением проблемы нехватки урожая. Эти растения можно сконструировать так, чтобы они были устойчивы ко всем типам абиотического стресса. Это позволит исключить потери урожая из-за экстремальных температур, засухи, ветра или засоления. Потребители сельскохозяйственных культур будут пользоваться несколько более низкими ценами, поскольку спрос на них будет немного ниже.

Средний Запад США переживает сильную засуху. Фермеры ограничены в объеме орошения из-за нехватки воды. В вегетационный период дождей также очень мало, поэтому урожайность не очень хорошая. 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, превосходящую или равную нынешней, это было бы лучше для людей, а также для окружающей среды. Люди будут наслаждаться изобилием урожая, который можно будет потреблять и экспортировать с целью получения прибыли. Окружающая среда сможет получать больше воды в водоносных горизонтах и реках по всей стране.

Еще одним экологическим фактором, который будет улучшен, станет количество земель, оставленных для дикой природы . Культуры, модифицированные для устойчивости к абиотическому стрессу и другим факторам, снижающим урожайность, потребуют меньше землепользования. Производители смогли бы выращивать достаточное количество сельскохозяйственных культур на меньших акрах, если бы растения были модифицированы для получения очень высоких урожаев. Это позволит отвести часть пахотных земель, которые используются сегодня, под дикую природу. Вместо того, чтобы заниматься сельским хозяйством «от линии забора к линии забора», фермеры смогут создать большие буферы на своих полях. Эти буферы станут прекрасной средой обитания для растений и животных.

Многим людям не нравятся генетически модифицированные организмы. Люди, выступающие против этих модифицированных растений, часто заявляют, что они небезопасны для окружающей среды и для потребления человеком. В обращении имеется множество видеороликов и отчетов, дискредитирующих безопасность генетически модифицированных организмов. King Corn — это видео, в котором утверждается, что кукуруза вредна для употребления в пищу.

Существуют строгие правила и протоколы, касающиеся генетически модифицированных растений. Компания, специализирующаяся на производстве генетически модифицирующих организмов, должна подвергнуть свои растения огромным разнообразным тестам, чтобы гарантировать безопасность своей продукции. Каждое из этих испытаний должно пройти продукт, чтобы произвести 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 на поле посажено. Все эти протоколы созданы для обеспечения безопасности потребителей, а также окружающей среды. Поскольку генетически модифицированным растениям наделены гены устойчивости к стрессу или гены высокой урожайности, они более безопасны для окружающей среды. Они только помогают создать больше земель, которые можно будет вернуть в естественную среду обитания для растений и животных.

Заключение

Абиотический стресс – это естественный фактор, который человек не может контролировать. Одним из примеров двух дополняющих друг друга факторов стресса является ветер и засуха. Засуха высушивает почву и убивает растения, растущие в ней. После этого почва остается бесплодной и сухой. Ветер может поднять почву и разнести ее на многие мили. Ирригация может предотвратить это, но некоторые участки орошать невозможно.

Генетически модифицированные растения можно использовать для замедления воздействия абиотических стрессоров. Это позволяет выращивать больше сельскохозяйственных культур на меньшем участке земли. Меньшая потребность в сельскохозяйственных угодьях позволяет отвести часть их под естественную среду обитания диких животных.

Абиотический стресс представляет проблему для людей или окружающей среды только в том случае, если они к нему не готовы. Люди могут предпринять шаги для уменьшения последствий. Растения и животные обладают способностью со временем адаптироваться к абиотическому стрессу.

Ссылки

Роберсон, Р. (2007). Засуха может привести к резкому росту цен на сельскохозяйственную продукцию в 2008 году. Southeast Farm Press, 34 (26), 26-27.
Вейл, Дж. (2005). Полезны и безопасны ли генетически модифицированные растения? МУМБ Лайф, 57 (4/5), 311-314
Нобухиро С. и Миллер Р. (2006). Активные формы кислорода и температурные стрессы: хрупкий баланс между передачей сигналов и разрушением. Физиологика Плантарум, 126, 45-51.
Сюн Л. и Чжу Дж. (2001). Передача сигналов абиотического стресса у растений: молекулярные и генетические перспективы. Физиологика Плантарум, 112, 152-166.
Бартельс Д. и Сункар Р. (2005). Засухоустойчивость и солеустойчивость растений. Критические обзоры по наукам о растениях, 24, 23–28.
Роберсон, Р. (2007). Засуха может вызвать проблемы токсичности некоторых летних кормов. Юго-Восточная Фарм Пресс, 26
Майнер Б., Султан С., Морган С., Падилья Д. и Релиа Р. (2005). Экологические последствия фенотипической пластичности. Тенденции экологии и эволюции, 20 (12), 685–692.
Роберсон, Р. (2007). Уборка кукурузы, пострадавшей от засухи, является непростой задачей для производителей юго-востока. Юго-Восточная Фарм Пресс, 8
Кросс Р., Маккей А., МакХьюген А. и Бонэм-Смит П. (2003). Влияние теплового стресса на репродукцию и качество семян Linumusitatissimum L. (лен). Планд, клетка и окружающая среда, 26, 1013–1020 гг.
Аллен Р.Д. (1995)Раскрытие толерантности к окислительному стрессу с использованием трансгенных растений. Плант Физиол 107: 1049–1054.