Влияние повышения температуры на некоторые морфофизиологические характеристики ели европейской (Picea abies L.)

Хвойные растения стоят на втором месте по степени чувствительности к разным рода загрязнениям среды. Использование хвойных растений дает возможность проводить

Влияние повышения температуры на некоторые морфофизиологические характеристики ели европейской (Picea abies L.)

Дипломная работа

Экология

Другие дипломы по предмету

Экология

Сдать работу со 100% гаранией
этого фактора. Они связаны с работой природных растительных экосистем, которые поглощают углекислый газ, удаляя его из атмосферы [19].

Воздействие высоких температур, прежде всего, сказывается на текучести мембран, из-за чего происходит увеличение их проницаемости, а так же выделение из клеток водорастворимых веществ. В результате наблюдается нарушение деления клеток и многих других функций [28]. Если температура варьирует от 20°С до 25°С, то все клетки проходят процесс митотического деления, но при 38°С - только каждая седьмая проходит этот процесс. С выше 40°С - лишь каждая пятисотая клетка, то есть идет нарушение митотического деления [23].

Но у растений имеется своеобразная устойчивость к высоким температурам, которую можно изменить благодаря влиянию внешних условий. Например, можно кратковременно действовать на цветковые растения высокими температурами, из-за чего может повыситься их теромоустойчивость, то есть возникнет "тепловая закалка", что происходит и в естественных природных условиях [43].

Для предотвращения перегрева могут служить следующие анатомо - морфолитические особенности. Например, густое опущение, придающее листьям светлую окраску, и усиливающее их способность к отражению; блестящая поверхность; уменьшение поверхности, поглощающей радиацию, - вертикальное и меридиональное положение листьев; свертывание листовых пластинок у злаков; общая редукция листовой поверхности. Эти же особенности строения одновременно способствуют уменьшению потери воды растением.

Растения, ведущие прикрепленный образ жизни, должны существовать при определенном температурном режиме. Высшие растения умеренно холодного и умеренно теплого поясов эвритермны. То есть переносят в активном состоянии колебания температур, достигающие 60°С, но если учитывать латентное состояние, то и 90°С [43, 5].

Но из-за влияния таких повышенных или пониженных температур в организме растений идет ряд изменений, такие как биохимические, физиологические и порой морфологические перестройки. Ведь тепло, является основным фактором, при котором растения развивается и живет в окружающей среде. Например, рост растений во многом зависит от температурных условий. Минимальные температуры роста обычно лежат чуть выше точки замерзания тканей - 0°С, а максимальные находятся на несколько градусов ниже показателя тепловой смерти.

Весьма действенной физиологической адаптацией к перегреву служит усиленная транспирация. Ряд авторов придает значение высокому содержанию у жаростойких растений защитных веществ, такие как слизи, органические кислоты. В адаптации растений к высоким температурам принимают участие весьма тонкие механизмы на клеточном и субклеточном уровне, например, сдвиги температурного оптимума активности важнейших ферментов. По современным представлениям (Александров В.Я., 1975г. цит. по Бос Ч.), в основе устойчивости организмов к действию высоких температур (как и других экстремальных воздействий) лежит особое свойство структуры белковых молекул - сочетание прочности и гибкости, позволяющее им поддерживать структуру и функциональную активность в крайних условиях [10].

Для каждого растения имеются наиболее благоприятные температуры для его жизнедеятельности. Выше этого оптимума, при котором она прекращается совсем, и если эта температура поддерживается длительное время, растение может погибнуть. В будущем хвойные деревья могут пострадать от изменений климата (к перепадам высоких и низких температур), ведь они очень чувствительны к скачкообразным перепадам температуры и другим факторам, которые отрицательно на них воздействуют. Некоторые хвойные растения неплохо приспосабливаются к окружающей среде и вполне могут расти вне своей естественной среды обитания. Например, пихта Фразера, которая встречается в природе только на самых высоких пиках американских Южных Аппалачей, стала одним из самых популярных в Северной Америке деревьев, которые наряжают на Рождество. Теперь этот вид выращивают даже в штатах Мичиган и Орегон, в тысячах километрах от Аппалачей, а недавно его стали разводить и в Великобритании. Однако многих ученых стал беспокоить факт повышения температуры. Изменение климата, температуры может отрицательно повлиять и на вечнозеленые растения. По словам Стримбека, если зимой будет недостаточно холодно, некоторые виды деревьев могут просто не получить необходимые сигналы для того, чтобы вовремя "проснуться" весной. Слишком жаркая погода может повредить хвойным таежной полосы, поскольку эти деревья попросту не приспособлены для жизни в теплых странах. Кроме того, повышение и понижение температуры влияют на рост дерева в целом и на скорость старения хвои. Ученые под руководством Говарда Нойфельда из Аппалачского университета (США), исследующие влияние температуры на хвойные растения, считают, что их работа имеет большое значение для понимания физиологии вечнозеленых деревьев [49].

1.2.1 Изменение белков при повышении температуры

Изменения состава и структуры мембран при перегреве могут привести к потере активности мембрано-связанных ферментов и нарушению деятельности ЭТЦ (электрон-транспортная цепь). Ведь фотосинтез и дыхание растения, являются основными энергопродуктивными процессами. Электрон-транспортная цепь фотосинтезы, а именно фотосистема II наиболее чувствительна к колебанию температуры. Большинство ключевых ферментов растений термолабильны, включая РБФК, каталазу и СОД. Жара подавляет также способность превращать сахарозу в крахмал у ячменя, пшеницы и картофеля, указывая на то, что один или несколько ферментов в цепи превращения сильно подавляются жарой. Например, влияние высоких температур на активность крахмалсинтазы в эндосперме пшеницы идет еѐ спад в накоплении.

У некоторых видов растений может активно подавляться каталаза, но при этом другие ферменты могут быть более устойчивы к температурным изменениям. Например, при воздействии высоких температур у ржи необратимо меняется активность каталазы. При нарушении целостности мембран приводит к повышенной проницаемости для ионов и растворов, при этом идет одновременное нарушение деятельности ассоциированных с мембранами ферментов фотосинтеза, дыхания и транспорта ассимиляторов.

В условиях повышенной температуры мембраны избирательно повреждались, что привело к деградации мРНК b-амилазы. Все эти нарушения могут провести к полной гибели клеток.

Самый распространенный стресс у растения, является окислительные стресс, и именно он был признаны одним из самых главных отрицательным фактором действия высоких температур на растения. После появление дисбаланса между количественным поглощением солнечных лучей и транспортом электронов через цитохромы вызывают процесс фотоингибрирование (подавление света). Основными зонами окислительного нарушения в клетках являются митохондрии и хлоропласты, ведь там происходит повреждения транспорта электронов.

Действие высоких температур приводит к образованию белков теплового шока. Эти белки характерны для всех типов живых организмов, как для высших растений, так и для низших. БТШ состоят из большого набора полипептидов, при этом еще принято их именовать килодальными белками (в соответствии их молекулярной массы). Например, БТШ с молекулярной массой 70 кДа называют БТШ 70. Эти белки теплового шока растений представлены двумя группами:

    Выскогомолекулярные белки (110 - 60 кДа)

    Низкомолекулярные белки (35 - 15 кДа)

Синтез БТШ является стрессовой программой, которая включает тепловой шок у растений, при подъеме температуры на 8 - 10°С выше нормы. Например, в листьях ячменя максимальный синтез БТШ достигается при 40°С, а в листьях риса при 45°С [23].

Высокие температуры, негативно сказываются на росте и продуктивности растений. Активные формы кислорода являются важными сигнальными молекулами. Увеличение их содержания в клетках растений может привести к повышению устойчивости к биотическим и абиотическим факторам. Именно эта молекула запускает синтез ряда стрессовых белков - БТШ. В связи с этим была проведена работа по изучение синтеза БТШ в листьях картофеля с измененной экспрессией гена. В этой работе использовали контрольные и трансгенные растения картофела (Solanum tuberosum L., сорт Скарб). Для эксперимента отбирали листья среднего яруса и воздействовали на них температурой от 18-23°С (утром) и 35-43°С (днем). После чего были полученные результаты.

Было показано, что содержание высокомолекулярных и низкомолекулярных БТШ в листьях контрольных и трансгенных растений в утренние часы одинаковы. Но содержание БТШ значительно увеличилось в дневные часы при повышении температуры, как у контрольных, так и у трансгенных линий [1].

У растений существует стрессовая программа, и именно она включает в себя репрограммирование генома, которое связно с торможением экспрессии генов и вызывает активность генов ТШ (теплового шока). Примерно через 5 минут после воздействий высоких температур в растительной клетке можно уже обнаружить БТШ (начало стресса). Так же тепловой шок вызывает изменения в синтезе мРНК еще до шока, ведь это связанно с модификацией мРНК БТШ, которые имеют отличия от мРНК обычных белков. Из-за чего происходит ослабление, а затем и прекращение синтеза обычных белков и переключение аппарат на синтез БТШ, которые обнаруживаются в клетке уже через 15 минут после начала ТШ.

Помимо этого синтез различных белков теплового шока происходит при разной температуры (норма для растений). Например, в хлоропластах синтез этих белков происходит при 34 - 42°С и ослабляется при 44°С, а образование низкомолекулярных белков ТШ была ослаблена при 40 - 42°С. Белки ТШ так же имеют в клетках родственные белки, которые синтезируются при нормально температуре или в определенной фазе онтогенеза. Белки, в частности БТШ 70, могут присоединяться к другим белкам, вызывая их разворачивание - это необходимо для их проникновения через мембрану хлоропластов и митохондрий. Ведь белки ТШ д

Похожие работы

<< < 1 2 3 4 5 6 7 > >>