Naturalny stres

W odniesieniu do rolnictwa stres abiotyczny to stres wywołany czynnikami środowiska naturalnego, takimi jak ekstremalne temperatury , wiatr , susza i zasolenie . Ludzkość nie ma zbytniej kontroli nad stresami abiotycznymi. Bardzo ważne jest, aby ludzie zrozumieli, w jaki sposób czynniki stresowe wpływają na rośliny i inne żywe stworzenia, abyśmy mogli podjąć pewne środki zapobiegawcze.

Środki zapobiegawcze to jedyny sposób, w jaki ludzie mogą chronić siebie i swoje mienie przed stresem abiotycznym. Istnieje wiele różnych rodzajów stresorów abiotycznych i kilka metod, które ludzie mogą stosować w celu zmniejszenia negatywnych skutków stresu dla żywych istot.

Zimno

Jednym z rodzajów stresu abiotycznego jest zimno . Ma to ogromny wpływ na rolników. Zimno dotyka plantatorów na całym świecie w każdym kraju. Plony cierpią, a rolnicy również ponoszą ogromne straty, ponieważ pogoda jest po prostu zbyt zimna, aby produkować plony (Xiong i Zhu, 2001).

Ludzie zaplanowali sadzenie naszych upraw wokół pór roku. Mimo że pory roku są dość przewidywalne, zawsze zdarzają się nieoczekiwane burze, fale upałów lub nagłe mrozy, które mogą zrujnować nasze sezony wegetacyjne (Suzuki i Mittler, 2006).

ROS oznacza reaktywne formy tlenu. ROS odgrywa dużą rolę w pośredniczeniu w wydarzeniach poprzez transdukcję. Wykazano, że stres związany z zimnem wzmacnia transkrypt, białko i aktywność różnych enzymów wychwytujących RFT. Wykazano również, że stres związany z niską temperaturą zwiększa akumulację H ₂ O ₂ w komórkach. (Suzuki i Mittler, 2006)

Rośliny można zaaklimatyzować do niskich, a nawet ujemnych temperatur. Jeśli roślina może przejść przez łagodny okres zimna, aktywuje to geny reagujące na zimno w roślinie. Jeśli temperatura ponownie spadnie, geny przystosują roślinę do radzenia sobie z niską temperaturą. Nawet w temperaturach poniżej zera można przetrwać, jeśli aktywowane zostaną odpowiednie geny (Suzuki i Mittler, 2006).

Ciepło

Wykazano, że stres cieplny powoduje problemy z funkcjami mitochondriów i może powodować uszkodzenia oksydacyjne . Uważa się, że aktywatory receptorów stresu cieplnego i mechanizmów obronnych są związane z RFT. Ciepło to kolejna rzecz, z którą rośliny mogą sobie poradzić, jeśli mają odpowiednią obróbkę wstępną. Oznacza to, że jeśli temperatura stopniowo się ociepla, rośliny będą lepiej radzić sobie ze zmianą. Nagły i długotrwały wzrost temperatury może spowodować uszkodzenie rośliny, ponieważ jej komórki i receptory nie miały wystarczająco dużo czasu, aby przygotować się na poważną zmianę temperatury.

Stres cieplny może mieć również szkodliwy wpływ na reprodukcję roślin. Temperatury o 10 stopni Celsjusza lub więcej powyżej normalnych temperatur wzrostu mogą mieć zły wpływ na kilka funkcji reprodukcyjnych roślin. Mejoza pyłku , kiełkowanie pyłku, rozwój zalążków , żywotność zalążków, rozwój zarodka i wzrost siewek to wszystkie aspekty reprodukcji roślin, na które wpływa ciepło. (Cross, McKay, McHughen i Bonham-Smith, 2003)

Przeprowadzono wiele badań nad wpływem ciepła na rozmnażanie się roślin. Jedno badanie na roślinach przeprowadzono na rzepaku w temperaturze 28 stopni Celsjusza, wynikiem było zmniejszenie wielkości roślin, ale rośliny nadal były płodne. Kolejny eksperyment przeprowadzono na roślinach rzepaku w temperaturze 32 stopni Celsjusza, w wyniku czego otrzymano rośliny sterylne. Rośliny wydają się być łatwiej uszkadzane przez ekstremalne temperatury w okresie od późnego kwitnienia do wczesnego etapu rozwoju nasion (Cross, McKay, McHughen i Bonham-Smith, 2003).

Wiatr

Wiatr jest ogromną częścią stresu abiotycznego. Po prostu nie ma sposobu, aby zatrzymać wiatr. Jest to zdecydowanie większy problem w niektórych częściach świata niż w innych. Obszary jałowe, takie jak pustynie, są bardzo podatne na naturalną erozję wietrzną. Tego typu obszary nie mają żadnej roślinności, która utrzymywałaby cząsteczki gleby na miejscu. Gdy wiatr zacznie wiać w glebę, nic nie powstrzyma tego procesu. Jedyną szansą na utrzymanie gleby na miejscu jest brak wiatru. Zwykle nie jest to opcja.

Wzrost roślin na obszarach wietrznych jest bardzo ograniczony. Ponieważ gleba jest w ciągłym ruchu, rośliny nie mają możliwości rozwinięcia systemu korzeniowego. Gleba, która często wieje, jest zwykle również bardzo sucha. Pozostawia to niewiele składników odżywczych , które wspomagają wzrost roślin.

Tereny uprawne są zazwyczaj bardzo podatne na erozję wietrzną. Większość rolników nie uprawia roślin międzyplonowych w okresach, w których ich główne uprawy nie są uprawiane na polach. Po prostu pozostawiają ziemię otwartą i odkrytą. Gdy gleba jest sucha, wierzchnia warstwa staje się podobna do proszku. Kiedy wieje wiatr, górna warstwa pól uprawnych jest podnoszona i przenoszona na wiele kilometrów. To jest dokładny scenariusz, który miał miejsce podczas „miski pyłu” w latach 30. XX wieku. Połączenie suszy i złych praktyk rolniczych pozwoliło wiatrowi przenieść tysiące ton ziemi z jednego obszaru na drugi.

Wiatr jest jednym z czynników, nad którymi ludzie naprawdę mogą mieć pewną kontrolę. Po prostu stosuj dobre praktyki rolnicze. Nie zostawiaj gruntu gołego i bez jakiejkolwiek roślinności. W porze suchej szczególnie ważne jest pokrycie terenu, ponieważ sucha gleba porusza się znacznie łatwiej niż mokra na wietrze.

Kiedy gleba nie wieje z powodu wiatru, warunki są znacznie lepsze dla wzrostu roślin. Rośliny nie mogą rosnąć w wietrznej glebie. Ich systemy korzeniowe nie mają czasu na ustanowienie. Ponadto, gdy cząsteczki gleby wieją, niszczą rośliny, na które wpadają. Rośliny są zasadniczo „piaskowane”.

Susza

Susza jest bardzo szkodliwa dla wszystkich rodzajów wzrostu roślin. Kiedy w glebie nie ma wody, nie ma zbyt wielu składników odżywczych wspierających wzrost roślin. Susza potęguje również działanie wiatru. Podczas suszy gleba staje się bardzo sucha i lekka. Wiatr podnosi ten suchy brud i przenosi go. Działanie to poważnie degraduje glebę i stwarza złe warunki do wzrostu roślin.

Adaptacja roślin

Rośliny były narażone na działanie żywiołów przez tysiące lat. W tym czasie ewoluowały w celu zmniejszenia skutków stresu abiotycznego. Transdukcja sygnału jest mechanizmem odpowiedzialnym za adaptację roślin (Xiong i Zhu, 2001). Odkryto i zbadano wiele sieci transdukcji sygnału w systemach drobnoustrojów i zwierząt. Wiedza na temat roślin jest ograniczona, ponieważ bardzo trudno jest dokładnie określić, na które fenotypy w roślinie mają wpływ czynniki stresogenne. Te fenotypy są bardzo cenne dla badaczy. Muszą znać fenotypy, aby móc stworzyć metodę badania zmutowanych genów. Mutanty są kluczem do znalezienia ścieżek sygnałowych u żywych stworzeń.

Zwierzęta i drobnoustroje są łatwiejsze do przeprowadzenia testów, ponieważ dość szybko reagują na czynnik stresowy, co prowadzi do izolacji określonego genu. Przez dziesięciolecia prowadzono badania nad wpływem temperatury, suszy i zasolenia, ale niewiele odpowiedzi.

Receptory

Częścią rośliny, zwierzęcia lub drobnoustroju, która jako pierwsza wyczuwa abiotyczny czynnik stresu, jest receptor. Gdy sygnał zostanie odebrany przez receptor, sygnały są przekazywane międzykomórkowo, a następnie aktywują transkrypcję jądrową, aby uzyskać efekty określonego zestawu genów. Te aktywowane geny pozwalają roślinie reagować na stres, którego doświadcza. Chociaż żaden z receptorów zimna, suszy, zasolenia czy hormonu stresu kwasu abscysynowego w roślinach nie jest znany na pewno, wiedza, którą dysponujemy dzisiaj, wskazuje, że receptoropodobne kinazy białkowe, dwuskładnikowe kinazy histydynowe, a także G- receptory białkowe mogą być możliwymi czujnikami tych różnych sygnałów.

Receptorowe kinazy można znaleźć zarówno w roślinach, jak i zwierzętach. W roślinach jest znacznie więcej RLK niż u zwierząt. Są też trochę inne. W przeciwieństwie do zwierzęcych RLK, które zwykle posiadają sekwencje sygnatur tyrozyny, RLK roślin mają sekwencje sygnatur seryny lub treoniny (Xiong i Zhu, 2001).

Rośliny modyfikowane genetycznie

Rośliny są najczęściej modyfikowane w celu uodpornienia na określone herbicydy lub patogeny , ale dysponujemy technologią umożliwiającą modyfikowanie roślin w celu uczynienia ich odpornymi na określone stresory abiotyczne. Zimno, upał, susza czy zasolenie to czynniki, przed którymi mogłyby potencjalnie obronić się genetycznie zmodyfikowane rośliny.

Niektóre rośliny mogą mieć dodane do nich geny z innych gatunków roślin, które mają odporność na określony stres. Rośliny, którym wszczepiono te geny, stałyby się wtedy roślinami transgenicznymi, ponieważ mają w sobie geny innego gatunku rośliny. Naukowcy muszą najpierw wyizolować w roślinie konkretny gen odpowiedzialny za jej odporność. Gen zostałby następnie wyjęty z rośliny i umieszczony w innej roślinie. Roślina, której wstrzyknięto nowy gen odporności, będzie miała odporność na stresor abiotyczny i będzie w stanie tolerować szerszy zakres warunków (Weil, 2005).

Ten proces tworzenia roślin transgenicznych może mieć ogromny wpływ na gospodarkę naszego kraju. Gdyby rośliny można było modyfikować genetycznie, aby były odporne na szerszy zakres stresów, plony gwałtownie wzrosłyby. Wraz z rozwojem miast i miast zmniejsza się liczba akrów gospodarstw rolnych. Mimo rozbudowy hektarów gospodarstw rośnie liczba osób spożywających produkty rolne. Etanol jest również odpowiedzialny za zużycie znacznie większej ilości kukurydzy uprawianej w USA. Produkcja tego paliwa nadwyrężyła rynek kukurydzy. Ceny kukurydzy poszły w górę i cena ta ma negatywny wpływ na ludzi, którzy karmią zwierzęta kukurydzą. Połączenie zmniejszonych akrów gruntów rolnych i wyższego popytu na plony postawiło producentów i konsumentów przed poważnym dylematem. Jedynym rozwiązaniem tego problemu jest uzyskiwanie coraz wyższych plonów z pól uprawnych, które nam pozostały.

Genetycznie modyfikowane rośliny są dobrą odpowiedzią na problem niewystarczającej ilości upraw. Rośliny te można zmodyfikować tak, aby były odporne na wszystkie rodzaje stresu abiotycznego. Wyeliminowałoby to plonów z powodu ekstremalnych temperatur, suszy, wiatru lub zasolenia. Konsumenci płodów rolnych cieszyliby się nieco niższymi cenami, ponieważ popyt na nich byłby nieco niższy.

Środkowo-zachodnie Stany Zjednoczone przeżywają dotkliwą suszę. Rolnicy mają ograniczone możliwości nawadniania z powodu braku wody. W okresie wegetacji jest również bardzo mało opadów, więc uprawy nie dają zbyt dobrych plonów. Problem ten można rozwiązać, modyfikując genetycznie rośliny, aby stały się bardziej odporne na suszę. Gdyby rośliny mogły zużywać mniej wody i dawać plony lepsze lub równe obecnym, byłoby to lepsze dla ludzi, a także dla środowiska. Ludzie cieszyliby się obfitością plonów, które mogliby konsumować i eksportować z zyskiem. Środowisko mogłoby mieć więcej wody w swoich warstwach wodonośnych i rzekach w całym kraju.

Innym czynnikiem środowiskowym, który uległby poprawie, byłaby ilość gruntów pozostawionych dla dzikich zwierząt . Uprawy zmodyfikowane tak, aby były odporne na stres abiotyczny i inne czynniki zmniejszające plony, wymagałyby mniejszego wykorzystania gruntów. Producenci byliby w stanie wyhodować wystarczającą ilość plonów na mniejszej powierzchni, gdyby rośliny zostały zmodyfikowane tak, aby dawały bardzo wysokie plony. Pozwoliłoby to na odłożenie części pól uprawnych, które są obecnie w użyciu, dla dzikich zwierząt. Zamiast uprawiać „od płotu do płotu” rolnicy mogliby tworzyć duże bufory na swoich polach. Bufory te stanowiłyby doskonałe siedlisko dla roślin i zwierząt.

Wiele osób nie lubi organizmów modyfikowanych genetycznie. Osoby sprzeciwiające się tym modyfikowanym roślinom często twierdzą, że nie są one bezpieczne dla środowiska ani do spożycia przez ludzi. W obiegu jest wiele filmów i raportów, które dyskredytują bezpieczeństwo organizmów zmodyfikowanych genetycznie. King Corn to jeden film, który twierdzi, że kukurydza jest szkodliwa dla ludzi.

Istnieją surowe przepisy i protokoły, które są zgodne z genetycznie modyfikowanymi roślinami. Firma specjalizująca się w produkcji organizmów modyfikujących genetycznie musi poddawać swoje rośliny wielu różnym testom, aby zapewnić bezpieczeństwo swojego produktu. Każdy z tych testów musi przejść produkt, aby wyprodukować więcej nasion roślin.

W przypadku masowej produkcji nasion pola, na których są uprawiane, muszą spełniać określone kryteria. Nie mogą mieć wokół siebie żadnych stref wegetacji, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się zmodyfikowanych roślin na rodzimą populację. Działki muszą być starannie oznakowane i oznakowane, aby firma dokładnie wiedziała, co jest sadzone na polu. Wszystkie te protokoły mają na celu zapewnienie bezpieczeństwa konsumentów, a także środowiska. Ponieważ genetycznie zmodyfikowane rośliny otrzymują geny odporności na stres lub geny o wysokiej wydajności, są one lepsze dla środowiska. Pomagają tylko stworzyć więcej gruntów, które można przywrócić do naturalnych siedlisk dla roślin i zwierząt.

Wniosek

Stres abiotyczny jest naturalnie występującym czynnikiem, którego człowiek nie może kontrolować. Jednym z przykładów dwóch wzajemnie uzupełniających się stresorów jest wiatr i susza. Susza wysusza glebę i zabija rosnące w niej rośliny. Po tym wystąpieniu gleba pozostaje jałowa i sucha. Wiatr może podnieść ziemię i nieść ją na wiele kilometrów. Nawadnianie może temu zapobiec, ale nawadnianie niektórych obszarów nie jest możliwe.

Rośliny zmodyfikowane genetycznie mogą być stosowane w celu spowolnienia skutków abiotycznych czynników stresogennych. Pozwala to na uprawę większej ilości roślin na mniejszej powierzchni. Mniejsze zapotrzebowanie na pola uprawne pozwala na odłożenie części z nich na naturalne siedliska dzikich zwierząt.

Stres abiotyczny stanowi problem dla ludzi lub środowiska tylko wtedy, gdy nie są na to przygotowani. Ludzie mogą podjąć kroki w celu złagodzenia skutków. Rośliny i zwierzęta mają zdolność przystosowania się do stresu abiotycznego w czasie.

Roberson, R. (2007). Susza może spowodować wzrost cen produktów rolnych w 2008 r. Southeast Farm press, 34 (26), 26-27
Weil, J. (2005). Czy rośliny modyfikowane genetycznie są przydatne i bezpieczne? Życie IUMB, 57 (4/5), 311-314
Nobuhiro, S. i Miller, R. (2006). Reaktywne formy tlenu i stres temperaturowy: delikatna równowaga między sygnalizacją a zniszczeniem. Physiologica Plantarum, 126, 45-51
Xiong, L. i Zhu, J. (2001). Transdukcja sygnału stresu abiotycznego u roślin: perspektywa molekularna i genetyczna. Physiologica Plantaraum, 112, 152-166
Bartels, D. i Sunkar, R. (2005). Tolerancja na suszę i sól u roślin. Krytyczne recenzje w naukach o roślinach, 24, 23-28
Roberson, R. (2007). Susza może powodować problemy z toksycznością na niektórych letnich paszach. Southeast Farm Press, 26
Miner, B., Sultan, S., Morgan, S., Padilla, D. i Relyea, R. (2005). Ekologiczne konsekwencje plastyczności fenotypowej. Trendy w ekologii i ewolucji, 20 (12), 685-692
Roberson, R. (2007). Zbiór kukurydzy dotkniętej suszą stanowi wyzwanie dla hodowców z południowego wschodu. Prasa południowo-wschodnia, 8
Krzyż, R., McKay, A., McHughen, A. i Bonham-Smith, P. (2003). Wpływ stresu cieplnego na rozmnażanie i stenie nasion w Linumusitatissimum L. (len). Plan, komórka i środowisko, 26, 1013–1020
Allen RD (1995) Analiza tolerancji na stres oksydacyjny przy użyciu roślin transgenicznych. Plant Physiol 107: 1049–1054