Sinh lý học thực vật ứng phó với stress

Hạn hán, độ mặn, lũ lụt, nhiệt độ cao và lạnh đều đe dọa sự sống sót của thực vật, và sinh lý học thực vật ứng phó với stress nghiên cứu cách thực vật cảm nhận những thách thức phi sinh học này và tạo ra các phản ứng bảo vệ để chịu đựng chúng.

Definition

Sinh lý học thực vật ứng phó với stress là nghiên cứu về cách thực vật phản ứng và thích nghi với các điều kiện phi sinh học bất lợi làm xáo trộn chức năng bình thường của chúng, và các cơ chế mang lại khả năng chịu đựng.

Scope

Chủ đề này bao gồm các yếu tố stress phi sinh học chính — thiếu nước, độ mặn, nhiệt độ cực đoan, lũ lụt và stress oxy hóa — các cơ chế mà thực vật cảm nhận chúng, và các phản ứng sinh lý và phân tử, bao gồm điều chỉnh thẩm thấu, tín hiệu axit abscisic và các hệ thống phòng thủ chống oxy hóa.

Core questions

• Thực vật cảm nhận sự thiếu nước, độ mặn và stress nhiệt độ như thế nào?
• Những cơ chế sinh lý và phân tử nào mang lại khả năng chịu đựng các yếu tố stress này?
• Thực vật bảo vệ chống lại tổn thương oxy hóa đi kèm với nhiều yếu tố stress như thế nào?

Key theories

Phản ứng ứng phó với stress qua trung gian axit abscisic

Các yếu tố stress liên quan đến nước làm tăng axit abscisic, chất này đóng khí khổng và kích hoạt các gen phản ứng với stress, điều phối khả năng phòng vệ của cây chống lại sự mất nước.

Điều chỉnh và bảo vệ thẩm thấu

Thực vật tích lũy các chất hòa tan tương thích và protein bảo vệ để duy trì sức trương của tế bào và ổn định các đại phân tử, trong khi các hệ thống chống oxy hóa hạn chế các loại oxy phản ứng được tạo ra dưới stress.

Mechanisms

Trong điều kiện thiếu nước hoặc độ mặn cao, thực vật tổng hợp axit abscisic, được các thụ thể PYR/PYL cảm nhận để ức chế các protein phosphatase và kích hoạt đóng khí khổng cũng như biểu hiện gen ứng phó với stress. Các tế bào tích lũy các chất thẩm thấu tương thích như proline và glycine betaine để giảm thế nước mà không làm gián đoạn quá trình trao đổi chất, và sản xuất các protein bảo vệ như protein LEA và chaperone. Vì nhiều yếu tố stress làm tăng các loại oxy phản ứng, các hệ thống chống oxy hóa enzyme và phi enzyme sẽ loại bỏ chúng; lạnh và nhiệt độ cao cũng kích hoạt các phản ứng bảo vệ màng và protein như protein sốc nhiệt.

Clinical relevance

Stress phi sinh học là nguyên nhân hàng đầu gây mất năng suất cây trồng trên toàn thế giới, vì vậy việc hiểu biết về sinh lý học ứng phó với stress thúc đẩy việc lai tạo và kỹ thuật các loại cây trồng chịu hạn, chịu mặn và chịu nhiệt, điều này rất quan trọng đối với an ninh lương thực trong bối cảnh khí hậu đang thay đổi.

History

Từng chủ yếu mang tính mô tả, sinh lý học thực vật ứng phó với stress đã trở nên mang tính cơ chế thông qua việc xác định các thành phần tín hiệu axit abscisic, các yếu tố phiên mã phản ứng với stress và các chất vận chuyển ion, phần lớn thông qua di truyền phân tử ở các cây mô hình.

Key figures

• Hans Kende
• Jian-Kang Zhu

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

Stress phi sinh học là gì?

Stress phi sinh học là tổn thương gây ra cho thực vật bởi các yếu tố môi trường không sống như hạn hán, độ mặn, nhiệt độ cực đoan và lũ lụt, trái ngược với stress sinh học gây ra bởi mầm bệnh và động vật ăn cỏ.

Axit abscisic giúp thực vật sống sót qua hạn hán như thế nào?

Khi nước khan hiếm, axit abscisic tích lũy và báo hiệu các tế bào bảo vệ đóng khí khổng, giảm mất nước, đồng thời kích hoạt các gen bảo vệ tế bào khỏi sự mất nước.