Abiyotik stres - Abiotic stress

Abiyotik stres , cansız faktörlerin belirli bir çevredeki canlı organizmalar üzerindeki olumsuz etkisidir. Canlı olmayan değişken, organizmanın popülasyon performansını veya bireysel fizyolojisini önemli bir şekilde olumsuz yönde etkilemek için normal varyasyon aralığının ötesinde çevreyi etkilemelidir.

Bir ise biyotik stres gibi rahatsızlıklar yaşayan içerir mantar veya zararlı böcekler, abiyotik stres faktörleri ya da stres, doğal olarak, bu bitki ve hayvanlar için zararlı olabilir, yoğun güneş ışığı, ısı veya rüzgar çoğu zaman soyut ve cansız faktörler olarak oluşan alan etkilenir. Abiyotik stres aslında kaçınılmazdır. Abiyotik stres hayvanları etkiler, ancak bitkiler yalnızca çevresel faktörlere bağlı değilse de özellikle bağımlıdır, bu nedenle özellikle kısıtlayıcıdır. Abiyotik stres, dünya çapında mahsullerin büyümesi ve üretkenliği ile ilgili en zararlı faktördür . Araştırmalar ayrıca, abiyotik stres faktörlerinin kombinasyonlarında, birlikte ortaya çıktıklarında, abiyotik stres faktörlerinin en zararlı olduğunu göstermiştir.

Örnekler

Abiyotik stres birçok biçimde gelir. Stresörlerin en yaygın olanı, insanlar için tanımlaması en kolay olanıdır, ancak çevreyi sürekli olarak etkileyen, daha az tanınabilir abiyotik stres faktörleri de vardır.

En temel stres faktörleri şunları içerir:

Daha az bilinen stresörler genellikle daha küçük ölçekte ortaya çıkar. Bunlar şunları içerir: kaya içeriği ve pH seviyeleri gibi zayıf edafik koşullar , yüksek radyasyon , sıkıştırma, kontaminasyon ve tohum çimlenmesi sırasında hızlı rehidrasyon gibi diğer oldukça spesifik koşullar .

Etkileri

Abiyotik stres, her ekosistemin doğal bir parçası olarak organizmaları çeşitli şekillerde etkiler. Bu etkiler yararlı veya zararlı olabilse de, abiyotik stresin sahip olacağı etkinin boyutunu belirlemede alanın konumu çok önemlidir. Etkilenen alanın enlemi ne kadar yüksekse, abiyotik stresin o alan üzerindeki etkisi o kadar büyük olacaktır. Bu nedenle, bir tayga veya boreal orman, ortaya çıkabilecek abiyotik stres faktörlerinin insafına kalırken, tropikal bölgeler bu tür stres faktörlerine karşı çok daha az hassastır.

Faydalar

Abiyotik stresin bir ekosistemde yapıcı bir rol oynadığı duruma bir örnek, doğal orman yangınlarıdır. Bir insan güvenliği tehlikesi olsa da, yeni organizmaların büyümeye ve gelişmeye başlayabilmesi için bu ekosistemlerin arada bir yanması üretkendir. Bir ekosistem için sağlıklı olmasına rağmen, orman yangını yine de abiyotik bir stres etkeni olarak kabul edilebilir, çünkü bölgedeki bireysel organizmalar üzerinde bariz bir stres oluşturur. Kavrulmuş her ağaç ve yenen her kuş yuvası, abiyotik stresin bir işaretidir. Bununla birlikte, daha büyük ölçekte, doğal orman yangınları, abiyotik stresin olumlu belirtileridir.

Abiyotik stresin faydalarını ararken dikkate alınması gereken şey, bir fenomenin tüm ekosistemi aynı şekilde etkilemeyebileceğidir. Sel, belirli bir bölgede alçakta yaşayan çoğu bitkiyi öldürürken, orada pirinç varsa, ıslak koşullarda gelişecektir. Bunun bir başka örneği fitoplankton ve zooplanktondadır . Aynı tür koşullar genellikle bu iki organizma türü için stresli kabul edilir. Ultraviyole ışığa ve çoğu toksine maruz kaldıklarında çok benzer şekilde hareket ederler, ancak yüksek sıcaklıklarda fitoplankton olumsuz tepki verirken, termofilik zooplankton sıcaklıktaki artışa olumlu tepki verir. İkisi aynı ortamda yaşıyor olabilir, ancak bölgenin sıcaklığındaki bir artış organizmalardan sadece biri için stresli olacaktır.

Son olarak, abiyotik stres, türlerin büyümesini, gelişmesini ve evrimleşmesini sağlayarak, bir grup organizmanın en zayıfını seçerken doğal seçilimi ilerletti. Hem bitkiler hem de hayvanlar, aşırı uçlarda hayatta kalmalarına izin veren mekanizmalar geliştirmiştir.

zararlar

Abiyotik stresle ilgili en belirgin zarar çiftçiliği içerir. Bir çalışma, abiyotik stresin diğer faktörler arasında en fazla ürün kaybına neden olduğunu ve çoğu büyük ürünün verimlerinde potansiyel verimlerinden %50'den fazla azaldığını iddia etti.

Abiyotik stres yaygın olarak zararlı bir etki olarak kabul edildiğinden, konunun bu dalındaki araştırmalar kapsamlıdır. Abiyotik stresin zararlı etkileri hakkında daha fazla bilgi için bitkiler ve hayvanlarla ilgili aşağıdaki bölümlere bakın.

bitkilerde

Bir bitkinin abiyotik strese karşı ilk savunma hattı kökleridir. Bitkiyi tutan toprak sağlıklı ve biyolojik olarak çeşitliyse, bitkinin stresli koşullardan kurtulma şansı daha yüksek olacaktır.

Bitkinin strese verdiği tepkiler, stresten etkilenen doku veya organa bağlıdır. Örneğin, strese verilen transkripsiyonel tepkiler, köklerde doku veya hücreye özgüdür ve ilgili strese bağlı olarak oldukça farklıdır.

Yüksek tuzluluk gibi abiyotik strese verilen birincil tepkilerden biri, bitki hücresi sitoplazmasındaki Na+/K+ oranının bozulmasıdır. Örneğin, yüksek Na+ konsantrasyonları bitkinin su alma kapasitesini azaltabilir ve ayrıca enzim ve taşıyıcı fonksiyonlarını değiştirebilir. Hücresel iyon homeostazını verimli bir şekilde eski haline getirmek için gelişen adaptasyonlar, çok çeşitli strese dayanıklı bitkilere yol açmıştır.

Kolaylaştırma veya farklı bitki türleri arasındaki pozitif etkileşimler, doğal bir ortamda karmaşık bir ilişki ağıdır. Bitkiler bu şekilde birlikte çalışır. Yüksek stresli alanlarda, kolaylaştırma seviyesi de özellikle yüksektir. Bunun nedeni, bitkilerin daha zorlu bir ortamda hayatta kalabilmek için daha güçlü bir ağa ihtiyaç duymaları olabilir, bu nedenle türler arasındaki çapraz tozlaşma veya karşılıklı eylemler gibi etkileşimleri, habitatlarının ciddiyeti ile başa çıkmak için daha yaygın hale gelir.

Bitkiler de aynı bölgede yaşayan bir bitkiden bile birbirlerinden çok farklı adapte olurlar. Bir grup farklı bitki türü, kuraklık veya soğuk gibi çeşitli farklı stres sinyalleri tarafından harekete geçirildiğinde, her bitki benzersiz şekilde yanıt verdi. Bitkiler tamamen aynı ev ortamına alışmış olsa da, yanıtların neredeyse hiçbiri benzer değildi.

Ayçiçekleri, büyük miktarda metali emebilen hiperakümülatör bitkilerdir.

Serpantinli topraklar (düşük konsantrasyonda besin ve yüksek konsantrasyonda ağır metal içeren ortamlar) bir abiyotik stres kaynağı olabilir. Başlangıçta, toksik metal iyonlarının absorpsiyonu, hücre zarının dışlanması ile sınırlıdır. Dokulara emilen iyonlar hücre vakuollerinde tutulur. Bu sekestrasyon mekanizması, vakuol zarındaki proteinler tarafından kolaylaştırılır. Serpantinli toprağa uyum sağlayan bitkilere bir örnek Metallofitler veya hiperakümülatörlerdir, çünkü bunlar kökten sürgüne translokasyonu (bitkinin kendisinden ziyade sürgünler tarafından emilir) kullanarak ağır metalleri absorbe etme yetenekleriyle bilinirler. Ayrıca ağır metallerden zehirli maddeleri emme yetenekleri nedeniyle sönmüşlerdir.

Ekin bitkilerinde abiyotik streslere karşı toleransı arttırmak için kimyasal astarlama önerilmiştir. Aşılamaya benzer bu yöntemde strese neden olan kimyasal maddeler kısa dozlarda bitkiye verilir ve bitki savunma mekanizmalarını hazırlamaya başlar. Böylece abiyotik stres oluştuğunda, bitki daha hızlı harekete geçebilen ve toleransı artırabilen savunma mekanizmalarını zaten hazırlamıştır. Floem besleyen böcek istilası gibi tolere edilebilir dozlarda biyotik streslere önceden maruz kalmanın da bitkideki abiyotik streslere toleransı arttırdığı gösterilmiştir.

Gıda Üretimi Üzerindeki Etkisi

Abiyotik stres en çok tarım endüstrisindeki bitkileri etkilemiştir. Çoğunlukla, soğukluk, kuraklık, tuzluluk, sıcaklık, toksinler vb. gibi iklim değişikliğinin etkileri yoluyla mekanizmaları sürekli olarak ayarlama ihtiyaçları nedeniyle.

  • Pirinç ( Oryza sativa ) klasik bir örnektir. Pirinç, tüm dünyada, özellikle Çin ve Hindistan'da temel bir besindir. Pirinç bitkileri, kuraklık ve yüksek tuzluluk gibi farklı türlerde abiyotik stresler yaşar. Bu stres koşulları pirinç üretimi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Moleküler belirteçler kullanılarak farklı genotiplere sahip birkaç pirinç çeşidi arasında genetik çeşitlilik incelenmiştir.
  • Nohut, dünya çapında kullanılacak en önemli gıdalardan biri olarak kabul edildiğinden üretimini etkileyen kuraklık yaşar.
  • Buğday, kuraklıktan en çok etkilenen mahsullerden biridir, çünkü su eksikliği bitki gelişimini etkileyerek bu süreçte yaprakların solmasına neden olur.
  • Mısır, mahsulün kendisini etkileyen birkaç faktöre sahiptir. Birincil örnekler, sırasıyla bitki gelişimindeki değişikliklerden ve mısır mahsullerinin kaybından sorumlu olan yüksek sıcaklık ve kuraklıktır.
  • Soya fasulyesi sadece bitkinin kendisini kuraklıktan değil, aynı zamanda dünya protein kaynağı için soya fasulyesine dayandığından tarımsal üretimi de etkiler.

Bitkilerde tuz stresi

Toprak tuzlanması, yani suda çözünür tuzların bitki üretimini olumsuz etkileyen düzeylerde birikmesi, yaklaşık 831 milyon hektar araziyi etkileyen küresel bir olgudur. Daha spesifik olarak, fenomen dünyadaki sulanan tarım arazilerinin %19,5'ini ve dünyadaki sulanmayan (kuru arazi) tarım arazilerinin %2,1'ini tehdit etmektedir. Yüksek toprak tuzluluk içeriği bitkiler için zararlı olabilir çünkü suda çözünür tuzlar ozmotik potansiyel gradyanlarını değiştirebilir ve sonuç olarak birçok hücresel işlevi inhibe edebilir. Örneğin, yüksek toprak tuzluluk içeriği, bir bitkinin su alımını sınırlayarak fotosentez sürecini engelleyebilir; Topraktaki suda çözünür tuzların yüksek seviyeleri toprağın ozmotik potansiyel azaltmak ve dolayısıyla bu şekilde, H akmasına elektron sınırlama, toprak ve bitki köklerinin arasındaki su potansiyel bakımından farklılığı azaltabilir 2 de P680 ile O Fotosistem II reaksiyon merkezinde.

Nesiller boyunca, birçok bitki mutasyona uğradı ve tuzluluk etkilerine karşı koymak için farklı mekanizmalar oluşturdu. Bitkilerde tuzluluğa karşı iyi bir savaşçı etilen hormonudur . Etilen, bitki büyümesini ve gelişimini düzenlemesi ve stres koşullarıyla baş etmesiyle bilinir. ETO2, ERS1 ve EIN2 gibi bitkilerdeki birçok merkezi zar proteini, birçok bitki büyüme sürecinde etilen sinyali için kullanılır. Bu proteinlerdeki mutasyonlar, tuz duyarlılığının artmasına neden olabilir ve bitki büyümesini sınırlayabilir. Tuzluluğun etkileri, ERS1, ERS2, ETR1, ETR2 ve EIN4 proteinlerini mutasyona uğratan Arabidopsis bitkileri üzerinde çalışılmıştır . Bu proteinler, tuz gibi belirli stres koşullarına karşı etilen sinyallemesi için kullanılır ve etilen öncüsü ACC, tuz stresine karşı herhangi bir hassasiyeti bastırmak için kullanılır.

Bitkilerde fosfat açlığı

Fosfor (P), bitki büyümesi ve gelişmesi için gerekli olan temel bir makro besindir, ancak dünya topraklarının çoğu bu önemli bitki besin maddesi bakımından sınırlıdır. Yeterli çözünür PO olmadığı zaman çözünür inorganik fosfat (Pi) fakat P-sınırlama abiyotik strese maruz bırakıldığında bitkiler esas formunda P kullanabilir 4 toprakta mevcut. Fosfor, alkali topraklarda Ca ve Mg ile, asidik topraklarda Al ve Fe ile çözünmeyen kompleksler oluşturarak bitki kökleri için kullanılamaz hale getirir. Toprakta biyolojik olarak P sayısı sınırlı zaman, bitkiler, p daha fazla yüzey temin kısa primer kökleri ve daha lateral kök ve kök kılları gibi geniş abiyotik stres fenotip göstermektedir i emme, organik asitler ve fosfataz terleme P serbest bırakmak için i kompleksten P içeren moleküller ve onu büyüyen bitkilerin organları için kullanılabilir hale getirir. MYB ile ilgili bir transkripsiyon faktörü olan PHR1'in, bitkilerde P-açlığı yanıtının ana düzenleyicisi olduğu gösterilmiştir. PHR1'in ayrıca fosfor sınırlama stresi sırasında lipidlerin ve metabolitlerin kapsamlı yeniden şekillenmesini düzenlediği gösterilmiştir.

Kuraklık Stresi

Doğal olarak meydana gelen su açığı olarak tanımlanan kuraklık stresi, tarım dünyasında ürün kayıplarının ana nedenlerinden biridir. Bu, bitki büyümesinde pek çok temel süreçte suyun gerekliliğinden kaynaklanmaktadır. Kuraklık stresiyle mücadele etmenin bir yolunu bulmak son yıllarda özellikle önemli hale geldi. Küresel ısınmanın artması nedeniyle gelecekte yağışların azalması ve ardından kuraklığın artması son derece muhtemeldir. Bitkiler, kuraklık stresiyle başa çıkmak için birçok mekanizma ve adaptasyon geliştirmiştir. Bitkilerin kuraklık stresiyle savaşmasının önde gelen yollarından biri stomalarını kapatmaktır. Stomaların açılıp kapanmasını düzenleyen anahtar hormon absisik asittir (ABA). ABA sentezi, ABA'nın reseptörlere bağlanmasına neden olur. Bu bağlanma daha sonra iyon kanallarının açılmasını etkiler, böylece stomadaki turgor basıncını azaltır ve kapanmalarına neden olur. Gonzalez-Villagra ve diğerleri tarafından yapılan son araştırmalar, kuraklık stresi altındaki bitkilerde (2018) ABA seviyelerinin nasıl arttığını göstermiştir. Bitkiler stresli bir duruma yerleştirildiğinde, yapraklarında bulunan suyu korumak için daha fazla ABA ürettiklerini gösterdiler. Kuraklık stresi ile uğraşan ve alımını ve su aktarımını düzenleyen bir diğer çok önemli bir faktördür aquaporinler (AQPs). AQP'ler, kanalları oluşturan bütünleyici zar proteinleridir. Bu kanalların ana görevi, su ve diğer gerekli çözünen maddelerin taşınmasıdır. AQP'ler, ABA, GA3, pH ve Ca2+ gibi birçok farklı faktör tarafından hem transkripsiyonel hem de post transkripsiyonel olarak düzenlenir ve kökler veya yapraklar gibi bitkinin belirli kısımlarındaki belirli AQP seviyeleri, bitkiye olabildiğince fazla su çekmeye yardımcı olur. mümkün. Bilim adamları, hem AQP'lerin mekanizmasını hem de ABA hormonunu anlayarak gelecekte kuraklığa dayanıklı bitkiler üretebilecekler.

Sürekli olarak kuraklığa maruz kalan bitkilerde bulunan ilginç bir şey, bir tür "hafıza" oluşturma yetenekleridir. Tombesi ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada, daha önce kuraklığa maruz kalmış bitkilerin su kaybını en aza indirmek ve su kullanımını azaltmak için bir tür strateji geliştirebildiklerini buldular. Kuraklık koşullarına maruz kalan bitkilerin aslında stomalarını düzenleme yöntemlerini ve bitkinin kırılganlığını azaltmak için "hidrolik güvenlik marjı" olarak adlandırdıkları şeyi değiştirdiklerini buldular. Stomaların ve ardından terlemenin düzenlenmesini değiştirerek bitkiler, su mevcudiyetinin azaldığı durumlarda daha iyi işlev görebildiler.

hayvanlarda

Hayvanlar için tüm abiyotik stresörlerin en streslisi ısıdır . Bunun nedeni, birçok türün iç vücut ısısını düzenleyememesidir . Kendi sıcaklıklarını ayarlayabilen türlerde bile her zaman tam olarak doğru bir sistem değildir. Sıcaklık , hayvanların vücutlarındaki metabolik hızları , kalp hızlarını ve diğer çok önemli faktörleri belirler, bu nedenle aşırı bir sıcaklık değişikliği hayvanın vücudunu kolayca rahatsız edebilir. Hayvanlar aşırı sıcağa , örneğin doğal ısıya alışma yoluyla veya daha serin bir yer bulmak için toprağa girerek tepki verebilirler .

Yüksek bir genetik çeşitliliğin sert abiyotik stresörlere karşı dayanıklılık sağlamada faydalı olduğunu hayvanlarda da görmek mümkündür. Bu, bir türün doğal seçilimin tehlikeleri tarafından rahatsız edildiği durumlarda bir tür stok odası görevi görür. Çeşitli sinir bozucu böcekler, gezegendeki en uzmanlaşmış ve çeşitli otoburlar arasındadır ve abiyotik stres faktörlerine karşı kapsamlı korumaları, böceğin bu onur konumunu kazanmasına yardımcı olmuştur.

Nesli tükenmekte olan türlerde

Biyoçeşitlilik birçok şey tarafından belirlenir ve bunlardan biri abiyotik strestir. Bir ortam çok stresliyse, biyolojik çeşitlilik düşük olma eğilimindedir. Abiyotik stresin bir bölgede güçlü bir varlığı yoksa, biyolojik çeşitlilik çok daha yüksek olacaktır.

Bu fikir, abiyotik stres ve nesli tükenmekte olan türlerin nasıl ilişkili olduğunun anlaşılmasına yol açar. Abiyotik stres seviyesi arttıkça tür sayısının azaldığı çeşitli ortamlarda gözlemlenmiştir. Bu, türlerin, abiyotik stresin özellikle sert olduğu zaman ve yerlerde, popülasyon tehdidi, nesli tükenmekte ve hatta neslinin tükenmesi olasılığının daha yüksek olduğu anlamına gelir.

Ayrıca bakınız

Referanslar