Stresul secetei

Acest articol a fost înregistrat în biologia asigurării calității pentru îmbunătățire din cauza deficiențelor formale sau legate de conținut . Acest lucru se face pentru a aduce calitatea articolelor de biologie la un nivel acceptabil. Vă rugăm să ajutați la îmbunătățirea acestui articol! Articolele care nu sunt îmbunătățite semnificativ pot fi șterse dacă este necesar.

Citiți informațiile mai detaliate din cerințele minime pentru articolele de biologie .

Deoarece seceta sau stresul apei se numește stres , care este cauzat de lipsa apei asupra organismelor vii și în special asupra plantelor.

Frunze laminate ale unui frasin în timpul secetei și căldurii din 2018 din Europa

Frunze de castan la Schwanenteich Giessen în august

Prezentare generală

Stresul de secetă este deosebit de relevant în climatele aride (centurile deșertice, subtropice ), dar și în zonele reci ( tundra , regiunile alpine ).

Plantele deschid porii frunzelor pentru a absorbi CO ₂ din aer. CO ₂ curge în frunză din aer. Pe de altă parte, atunci când potențialul de apă al aerului este mai mic decât potențialul de apă al frunzei, apa curge din frunză. Acest lucru duce la o scădere a presiunii interne (turgor) în celula frunzelor, ceea ce creează stres de apă sau stres de secetă .

Factorii importanți de influență care conduc la stresul secetei în zonele aride sunt: ​​precipitații scăzute, temperaturi ridicate, umiditate scăzută a aerului și proprietăți nefavorabile ale solului (capacitate de reținere a apei). Acestea fac ca planta să transpire mai mult decât absoarbe apa. În zonele reci, există riscul ca apa din pământ să înghețe și alimentarea cu apă să fie insuficientă, ceea ce va duce la stres de secetă. În anii fierbinți, chiar și într-un climat temperat (Elveția), frunzele pot fi deteriorate, copacii își aruncă frunzele prematur sau ramurile întregi cad din cauza ruperii ramurilor (pauza de vară). În pădure pot apărea pagube .

Lipsa apei și stresul de secetă sunt cele mai importante limitări pentru producția agricolă. Pierderile cauzate de stresul secetei le depășesc cu mult pe cele care pot fi atribuite altor factori abiotici sau chiar biotici. Majoritatea țărilor în curs de dezvoltare sunt situate în zone aride și, prin urmare, sunt deosebit de afectate.

Strategii de adaptare la plante

Plantele hidrostabile diferă de plantele hidrolabile prin capacitatea lor de a se adapta la stresul secetei. Ei și-au adaptat anatomia și metabolismul la problema deficitului de apă, astfel încât să poată răspunde la secetă și să mențină conținutul de apă din țesuturile lor pentru o perioadă de timp. Aceste plante hidrostabile pot fi la rândul lor împărțite în plante de economisire a apei și consumatoare de apă pe baza strategiei lor de adaptare:

Plantele care economisesc apa evită absorbția apei prin rădăcini și o lasă inițial în sol, literalmente o împart pentru a o putea folosi mai mult. În acest fel, o fază uscată mai lungă poate fi depășită cu un consum mai mic de apă.

Plantele care folosesc apa urmează strategia opusă. Când apare seceta, ei retrag toată apa din sol și o depozitează astfel încât să se poată renunța la absorbția apei irosite în timpul fazei uscate. Un exemplu al acestui tip de adaptare este Prosopis spec., Arborele mesquite . Rădăcinile sale ajung până la 100 de metri adâncime. De îndată ce apa disponibilă în sol devine mai mică, elimină apa rămasă din toate straturile solului și o stochează în trunchiul său. Acest lucru asigură nu numai alimentarea cu apă în timpul fazei uscate, ci și câștigă un avantaj competitiv față de plantele din apropiere, care nu mai pot absorbi apa din acest sol.

Ajustări pe termen scurt

În cazul stresului de secetă, acidul abscisic (ABA ) se formează în rădăcini și, de asemenea, în frunze, datorită reducerii presiunii turgorului datorită pierderii de apă . Acidul abscizic influențează reacțiile fiziologice și biochimice din celulele țintă și țesuturile țintă într-un mod care facilitează sau chiar permite organismului să supraviețuiască sub stres de secetă. Una dintre cele mai importante sarcini ale acidului abscisic este inducerea închiderii stomatale. Reglarea deschiderii stomei durează doar câteva minute. Prin urmare, ABA poate fi utilizat în două moduri:

1. Ca sistem de avertizare timpurie. Un deficit de apă în sol declanșează producția crescută de ABA în rădăcini. Se distribuie în plantă prin curenți de asimilare și în cele din urmă ajunge și la frunze cu stomatele lor, care apoi se închid.
2. Ca răspuns direct la pierderea de apă din frunză. Scăderea presiunii turgorului în celulele frunzelor determină eliberarea locală de ABA, ceea ce determină închiderea stomatelor.

ABA permite astfel controlul precis și reversibil al echilibrului apei unei plante sau chiar al unei frunze individuale. În condiții de lumină, închiderea stomatelor duce la o scădere a concentrației interne de CO ₂ și astfel la o inhibare puternică a fotosintezei . In C ₃ plante, aceasta duce la crescut photorespiration activitatea și , astfel , la formarea compușilor de oxigen reactive (H ₂ O ₂ ).

Închiderea stomatelor în detaliu

Reprezentarea schematică a efectului asupra celulelor de gardă în caz de stres de apă

Acidul abscisic se formează în rădăcini și, de asemenea, în frunze în timpul stresului de secetă . Este adus la celulele de gardă de curentul de transpirație . În aceste celule induce eliberarea ionilor de calciu. Nivelul crescut de calciu determină o inhibare a protonului ATPază , ceea ce duce la o scădere a gradientului transmembranar H ⁺ , ceea ce duce la depolarizare . Ionii de calciu se leagă, de asemenea, de canalele de clorură. Acest lucru face ca ionii de clorură să scape pasiv din celulă, ceea ce duce la o depolarizare suplimentară. Cu toate acestea, etapele individuale exacte sunt încă obiectul cercetării.

Această depolarizare are două consecințe. Pe de o parte, canalele de potasiu, care sunt deschise numai atunci când sunt hiperpolarizate , se închid . În plus, canalele de potasiu orientate spre exterior sunt deosebit de active, ceea ce duce la un flux puternic de ioni de potasiu. Anionii clorură și malat curg cuplați la el, prin care celula pierde apa osmotic și stoma se închide. Ionii sunt depozitați în celule vecine.

Reglarea deschiderii stomiei durează doar câteva minute. Astfel, permite controlul precis și reversibil al echilibrului apei unei plante sau chiar a unei frunze individuale. Modurile moleculare de acțiune ale acidului abscisic nu sunt încă cunoscute în detaliu. Cu toate acestea, doar aproximativ 10% din concentrația obișnuită de acid abscisic s-a găsit la mutanții de tomate care se ofilesc. După adăugarea exogenă, totuși, stomatele au funcționat din nou corect.

Ajustări pe termen lung

O ușoară lipsă de apă pe o perioadă mai lungă de timp influențează creșterea proporțională a rădăcinilor și a lăstarilor . Dacă o plantă are mai puțină apă disponibilă, lăstarul crește mai încet sau nu mai crește cu totul. Asimilatele folosite efectiv pentru aceasta sunt acum puse la dispoziție într-o manieră concentrată pentru rădăcină, crește din ce în ce mai mult și astfel poate apăsa apă nouă în zone mai adânci, în timp ce straturile superioare ale solului se usucă lent. Ca urmare, plantele din solurile umede sunt caracterizate printr-un sistem de rădăcini superficial și în solurile uscate de un sistem de rădăcini foarte adânc. Cu toate acestea, acest lucru este valabil numai în cazul plantelor vegetative. Plantele reproductive tind să stocheze resturile asimilate în fructe și să inhibe creșterea întregii plante, inclusiv a rădăcinilor. ABA crește, de asemenea, conductivitatea hidraulică a rădăcinilor.

Căderea frunzelor

căderea prematură a frunzelor de tei după secetă prelungită (august 2018)

Această strategie de plantare perenă minimizează pierderile de apă, lăsând nicio zonă pentru transpirație în perioadele cu disponibilitate redusă a apei ( secetă sau iarnă). Căderea frunzelor poate fi doar parțial în anumite plante ( de zone aride ), în anii cu precipitații puține vrăji fierbinți poate ofili frunzele prematur sau complet, la fel ca multe plante din zona temperată ( latența de iarna ). Acestea formează depozite de rezervă în rădăcini sau în organele vegetale supraterane , care le permit să încolțească rapid în condiții mai bune. Un exemplu de plante de foioase din zonele aride este copacul baobab african . Răsare complet din nou după următoarea ploaie. Pierderea totală a frunzelor se numește absență a frunzelor .

Evitarea stresului de secetă

Plantele rezistente la secetă își completează ciclul de viață înainte de o secetă iminentă . Cea mai mare parte a anului, planta supraviețuiește sub formă de organe de depozitare sub pământ ( criptofite ) sau sub formă de semințe care germinează doar când cade următoarea ploaie. Acest fenomen poate fi observat mai ales în deșerturi și stepe. După ploi abundente, semințele din sol germinează, cresc în câteva săptămâni, înfloresc, dezvoltă fructe și semințe și mor din nou după doar 6 săptămâni. Semințele supraviețuiesc din nou în sol până în următorul sezon ploios.

Toleranță la secetă

Unele plante perene deșertice au rădăcini extrem de adânci. Baobabii, de exemplu, formează rădăcini de robinet până la 80 m adâncime, pe care le folosesc pentru a accesa apele subterane. Altele au rădăcini extrem de extinse, ale căror rădăcini pot avea până la 30 m lungime la unele specii. Prin urmare, salcâmii umbrelă sunt foarte îndepărtați. Aici rădăcinile concurează pentru precipitațiile rare. Prin reducerea extremă a suprafeței frunzelor sau transformarea în spini și creșterea îngustă, suprafața care este expusă la lumina directă a soarelui este redusă și, astfel, rata de transpirație este redusă. Din punct de vedere vizual, acest lucru poate fi văzut cel mai bine dintr-un cactus mare și îngust . Fotosinteza nu mai are loc în frunze, ci în lăstarul plantei. Frunzele pot fi, de asemenea, îngroșate, ondulate sau păroase. Alte plante și-au retras complet lăstarii. Această creștere compactă, în formă de rozetă, reduce circulația aerului și creează un fel de microclimat . Acest lucru previne, de asemenea, evaporarea. Nu există limite la forme și variații.

Cele suculente ( de exemplu , cactusi) , sunt deosebit de bine adaptate la deficitul de apă . Au rezerve mari de apă în țesuturi și nu au frunze. Aceștia realizează fotosinteza cu trunchiul și astfel optimizează raportul dintre volum și zona de transpirație. În majoritatea plantelor suculente, apa este stocată într-un trunchi asemănător unui ventilator și se extinde atunci când absoarbe apa. Când planta consumă apa, compartimentele sunt închise din nou. Roua dimineții se adună între aceste coaste longitudinale, curge în jos și este condusă direct la rădăcini, unde planta poate absorbi apa. Pentru a minimiza transpirația, acestea au mecanismul CAM .

Dovezi individuale

1. ↑ Shrawan Singh, DR Singh, Ayyam Velmurugan, Iyyappan Jaisankar, TP Swarnam: Făcând față incertitudinilor climatice prin tehnologii de producție îmbunătățite în condițiile insulelor tropicale . În: Adaptarea la biodiversitate și schimbările climatice în insulele tropicale . Elsevier, 2008, ISBN 978-0-12-813064-3 , pp. 623-666 , doi : 10.1016 / b978-0-12-813064-3.00023-5 ( elsevier.com [accesat la 25 octombrie 2019]). 
2. ^ Smith, Robert L.: Ecologie. 6., actualizare Ediția Pearson Education, München 2009, ISBN 978-3-8273-7313-7 , pp. 148-149 . 
3. ↑ ^{a b} Cum suferă pădurea de secetă , Neue Zürcher Zeitung, 2 august 2018.
4. ↑ J. Wery, SN Silim, EJ Knights, RS Malhotra, R. Cousin: Tehnici de screening și surse de toleranță la extreme ale umidității și temperaturii aerului în leguminoasele din sezonul rece . În: Extinderea producției și utilizării leguminoaselor alimentare de sezon rece . Springer Olanda, Dordrecht 1994, ISBN 94-010-4343-4 , pp. 439-456 , doi : 10.1007 / 978-94-011-0798-3_26 . 
5. ↑ ^{a b} M. Farooq, A. Wahid, N. Kobayashi, D. Fujita, SMA Basra: Seceta de stres a plantelor: efecte, mecanisme și gestionare . În: Agronomie pentru dezvoltare durabilă . bandă 29 , nr. 1 , 1 martie 2009, ISSN  1773-0155 , p. 185-212 , doi : 10.1051 / agro: 2008021 .