สรีรวิทยาความเครียดของพืช

ภัยแล้ง ความเค็ม น้ำท่วม ความร้อน และความเย็น ล้วนเป็นภัยคุกคามต่อการอยู่รอดของพืช และสรีรวิทยาความเครียดของพืชจะศึกษาว่าพืชรับรู้ความท้าทายจากปัจจัยทางชีวภาพเหล่านี้อย่างไร และสร้างการตอบสนองเพื่อป้องกันตนเองเพื่อทนทานต่อปัจจัยเหล่านั้นได้อย่างไร

Definition

สรีรวิทยาความเครียดของพืชคือการศึกษาว่าพืชตอบสนองและปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยจากปัจจัยทางชีวภาพที่รบกวนการทำงานปกติของพืชอย่างไร และกลไกที่ทำให้พืชมีความทนทาน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมความเครียดจากปัจจัยทางชีวภาพที่สำคัญ ได้แก่ การขาดแคลนน้ำ ความเค็ม อุณหภูมิสุดขั้ว น้ำท่วม และความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน กลไกที่พืชรับรู้สิ่งเหล่านี้ และการตอบสนองทางสรีรวิทยาและระดับโมเลกุล รวมถึงการปรับสมดุลออสโมติก การส่งสัญญาณกรดแอบไซซิก และการป้องกันด้วยสารต้านอนุมูลอิสระ

Core questions

• พืชรับรู้การขาดแคลนน้ำ ความเค็ม และความเครียดจากอุณหภูมิได้อย่างไร?
• กลไกทางสรีรวิทยาและระดับโมเลกุลใดที่ทำให้พืชทนทานต่อความเครียดเหล่านี้?
• พืชป้องกันความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชันที่มาพร้อมกับความเครียดหลายชนิดได้อย่างไร?

Key theories

การตอบสนองต่อความเครียดที่เกิดจากกรดแอบไซซิก

ความเครียดที่เกี่ยวข้องกับน้ำจะเพิ่มกรดแอบไซซิก ซึ่งจะปิดปากใบและกระตุ้นยีนที่ตอบสนองต่อความเครียด ประสานงานการป้องกันการคายน้ำของพืช

การปรับสมดุลออสโมติกและการป้องกัน

พืชสะสมสารละลายที่เข้ากันได้และโปรตีนป้องกันเพื่อรักษาสภาพเต่งของเซลล์และทำให้โมเลกุลขนาดใหญ่คงที่ ในขณะที่ระบบสารต้านอนุมูลอิสระจะจำกัดชนิดออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายใต้ความเครียด

Mechanisms

ภายใต้ภาวะขาดแคลนน้ำหรือความเค็มสูง พืชจะสังเคราะห์กรดแอบไซซิก ซึ่งถูกรับรู้โดยตัวรับ PYR/Pyl เพื่อยับยั้งโปรตีนฟอสฟาเตสและกระตุ้นการปิดปากใบและการแสดงออกของยีนที่ตอบสนองต่อความเครียด เซลล์จะสะสมสารออสโมไลต์ที่เข้ากันได้ เช่น โพรลีนและไกลซีนเบทาอีน เพื่อลดศักยภาพของน้ำโดยไม่รบกวนการเผาผลาญ และผลิตโปรตีนป้องกัน เช่น โปรตีน LEA และชาเปอโรน เนื่องจากความเครียดหลายชนิดเพิ่มชนิดออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา ระบบสารต้านอนุมูลอิสระแบบเอนไซม์และไม่ใช้เอนไซม์จะกำจัดสารเหล่านี้ ความเย็นและความร้อนยังกระตุ้นการตอบสนองในการป้องกันเยื่อหุ้มเซลล์และโปรตีน เช่น โปรตีนช็อกความร้อน

Clinical relevance

ความเครียดจากปัจจัยทางชีวภาพเป็นสาเหตุหลักของการสูญเสียผลผลิตพืชทั่วโลก ดังนั้นการทำความเข้าใจสรีรวิทยาความเครียดจึงเป็นแรงผลักดันในการปรับปรุงพันธุ์และวิศวกรรมพืชที่ทนทานต่อภัยแล้ง ความเค็ม และอุณหภูมิ ซึ่งมีความสำคัญต่อความมั่นคงทางอาหารภายใต้สภาพภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลงไป

History

เดิมทีเป็นเพียงการบรรยาย สรีรวิทยาความเครียดของพืชได้กลายเป็นกลไกผ่านการระบุส่วนประกอบการส่งสัญญาณกรดแอบไซซิก ปัจจัยการถอดรหัสที่ตอบสนองต่อความเครียด และตัวขนส่งไอออน ซึ่งส่วนใหญ่มาจากการศึกษาพันธุศาสตร์โมเลกุลในพืชต้นแบบ

Key figures

• Hans Kende
• Jian-Kang Zhu

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

ความเครียดจากปัจจัยทางชีวภาพคืออะไร?

ความเครียดจากปัจจัยทางชีวภาพคืออันตรายที่เกิดกับพืชจากปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีชีวิต เช่น ภัยแล้ง ความเค็ม อุณหภูมิสุดขั้ว และน้ำท่วม ซึ่งแตกต่างจากความเครียดทางชีวภาพที่เกิดจากเชื้อโรคและสัตว์กินพืช

กรดแอบไซซิกช่วยให้พืชรอดจากภัยแล้งได้อย่างไร?

เมื่อน้ำขาดแคลน กรดแอบไซซิกจะสะสมและส่งสัญญาณให้เซลล์คุมปิดปากใบ ลดการสูญเสียน้ำ ในขณะเดียวกันก็เปิดยีนที่ป้องกันเซลล์จากการคายน้ำ