Pflanzenstressphysiologie

Dürre, Salinität, Überschwemmungen, Hitze und Kälte bedrohen alle das Überleben von Pflanzen. Die Pflanzenstressphysiologie untersucht, wie Pflanzen diese abiotischen Herausforderungen wahrnehmen und schützende Reaktionen entwickeln, um sie zu tolerieren.

Definition

Pflanzenstressphysiologie ist die Untersuchung, wie Pflanzen auf widrige abiotische Bedingungen reagieren und sich anpassen, die ihre normale Funktion stören, sowie der Mechanismen, die Toleranz verleihen.

Scope

Dieses Thema behandelt die wichtigsten abiotischen Stressfaktoren – Wassermangel, Salinität, Temperaturextreme, Überschwemmungen und oxidativer Stress – die Mechanismen, durch die Pflanzen sie wahrnehmen, sowie die physiologischen und molekularen Reaktionen, einschließlich osmotischer Anpassung, Abscisinsäure-Signaltransduktion und antioxidativer Abwehrmechanismen.

Core questions

• Wie nehmen Pflanzen Wassermangel, Salinität und Temperaturstress wahr?
• Welche physiologischen und molekularen Mechanismen verleihen Toleranz gegenüber diesen Stressfaktoren?
• Wie schützen sich Pflanzen vor oxidativen Schäden, die viele Stressfaktoren begleiten?

Key theories

Abscisinsäure-vermittelte Stressreaktion

Wasserbezogene Stressfaktoren erhöhen die Abscisinsäure, die die Stomata schließt und stressreaktive Gene aktiviert, wodurch die Abwehr der Pflanze gegen Dehydration koordiniert wird.

Osmotische Anpassung und Schutz

Pflanzen akkumulieren kompatible Solute und schützende Proteine, um den Zelldruck aufrechtzuerhalten und Makromoleküle zu stabilisieren, während antioxidative Systeme die unter Stress erzeugten reaktiven Sauerstoffspezies begrenzen.

Mechanisms

Unter Wassermangel oder hoher Salinität synthetisieren Pflanzen Abscisinsäure, die von PYR/PYL-Rezeptoren wahrgenommen wird, um Proteinphosphatasen zu hemmen und den Stomataschluss sowie die Expression von Stressgenen auszulösen. Zellen akkumulieren kompatible Osmolyte wie Prolin und Glycinbetain, um das Wasserpotential zu senken, ohne den Stoffwechsel zu stören, und produzieren schützende Proteine wie LEA-Proteine und Chaperone. Da viele Stressfaktoren reaktive Sauerstoffspezies erhöhen, fangen enzymatische und nicht-enzymatische antioxidative Systeme diese ab; Kälte und Hitze lösen zusätzlich Membran- und Proteinschutzreaktionen wie Hitzeschockproteine aus.

Clinical relevance

Abiotischer Stress ist weltweit die Hauptursache für Ernteertragsverluste. Das Verständnis der Stressphysiologie fördert daher die Züchtung und Entwicklung dürre-, salz- und temperaturtoleranter Nutzpflanzen, die für die Ernährungssicherheit unter einem sich ändernden Klima entscheidend sind.

History

Einst weitgehend deskriptiv, wurde die Pflanzenstressphysiologie durch die Identifizierung von Abscisinsäure-Signalgebungskomponenten, stressreaktiven Transkriptionsfaktoren und Ionentransportern, größtenteils durch molekulare Genetik in Modellpflanzen, mechanistisch.

Key figures

• Hans Kende
• Jian-Kang Zhu

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

Was ist abiotischer Stress?

Abiotischer Stress ist eine Schädigung von Pflanzen durch nicht-lebende Umweltfaktoren wie Dürre, Salinität, extreme Temperaturen und Überschwemmungen, im Gegensatz zu biotischem Stress, der durch Pathogene und Herbivoren verursacht wird.

Wie hilft Abscisinsäure Pflanzen, Dürre zu überleben?

Bei Wassermangel akkumuliert Abscisinsäure und signalisiert den Schließzellen, die Stomata zu schließen, wodurch der Wasserverlust reduziert wird, während gleichzeitig Gene aktiviert werden, die Zellen vor Dehydration schützen.