Белки солевого стресса

Большое количество почв характеризуется повышенным содержанием солей, которое может оказывать вредное и даже губительное влияние на растительный организм. Кроме того, неумелое орошение часто приводит к засолению. Вредное влияние высокой концентрации солей может проявляться и при резко повышенных дозах минеральных удобрений. В связи со сказанным вопрос о солеустойчивости растений приобретает большое значение.

В зависимости от типа анионов выделяют хлоридный, сульфидный, хлоридно-сульфатный и карбонатный типы засоления почв. Растения, приспособленные к существованию в условиях избыточного засоления, называются галофитами (от греч. galos – соль). Галофиты способны противостоять засолению путем концентрирования избытка солей в вакуоли или выведения их наружу с помощью солевых железок.

Высокие концентрации ионов Na⁺ могут не только повреждать растения, но и нарушать структуру почвы. При засолении у гликофитов в первую очередь подавляются ростовые процессы и фотосинтез. К весьма чувствительным к засолению сельскохозяйственным видам растений относятся кукуруза, фасоль, бобы, салат, цитрусовые. Эти растения повреждаются при незначительном превышении (от нормы) содержания солей в среде выращивания (например, при концентрации хлорида натрия в питательном растворе 50 мМ наблюдается почти 50%-ное угнетение скорости ростовых процессов).

Повреждающий эффект избыточной концентрации солей объясняется как осмотическими эффектами, так и специфическим влиянием отдельных ионов. Засоление вызывает прежде всего нарушение водного и минерального обмена растения.

Поглощаемые соли могут концентрироваться в вакуолях клеток. Растительные клетки способны корректировать водный потенциал клеток при осмотическом стрессе путем дополнительного синтеза таких веществ, как глицинбетаин, пролин, сорбид, сахароза. Количество этих веществ может достигать 10% веса растения. В геноме арабидопсиса (Резушка Таля) выявлен локус SOS (salt overly sensitive), который отвечает за ионный гомеостаз и устойчивость к засолению.

Высокая концентрация Na⁺ и (или) Сl^- тормозит фотосинтез. Это связано с чувствительностью к высокой концентрации солей процессов фосфорилирования и карбоксилирования. Повышенная концентрация солей инактивирует работу белков, тормозит их синтез. Вместе с тем показано, что при действии солей активируется работа многих генов, кодирующих ферменты синтеза веществ, участвующих в осморегуляции. Так, пролинсинтаза является ключевым ферментом синтеза пролина, альдегиддегидрогеназа вызывает аккумуляцию бетаина. Другие ферменты (например, глицеринальдегидфосфатдегидрогеназа) приводят к увеличению растворимых сахаров, что влияет на осмотическую концентрацию. У САМ растений под действием солей экспрессируются многие ферменты САМ — пути: ФЕП-карбоксилаза, малатдегидрогеназа и др. Показано, что осмотический стресс регулирует гены, кодирующие АТФазу, аквапорины. Отрицательное действие высокой концентрации солей сказывается раньше всего на корневой системе растений. При этом в корнях страдают наружные клетки, непосредственно соприкасающиеся с раствором соли.

Заключение

Способность к защите от повреждающих и неблагоприятных факторов среды – зательное свойство любого, в том числе и растительного организма. Ответные реакции, индуцируемые в организме внешними воздействиями, часто объединяют терминами «адаптационный синдром», а так же широко распространенным термином «стресс».

Устойчивость растений — способность растений противостоять воздействию экстремальных факторов среды (почвенной и воздушной засухи, засоления почв, низких температур и т.д.). Это свойство выработано в процессе эволюции и генетически закреплялось.

Устойчивость растений может быть основана на том, что организм тем или иным путем избегает их воздействия. Значительно большее значение имеет устойчивость, основанная на выносливости клеток растений, т. е. способности в процессе адаптации перестраивать как скорость, так и направление метаболических реакций таким образом, чтобы и в изменившихся условиях среды вырабатывать все необходимые продукты.

Из неблагоприятных условий, которые вызывают стресс у растительных организмов, наиболее часто встречающимися являются недостаток воды, высокая температура, низкая температура, высокая концентрация солей.

Устойчивые к высокой температуре растения способны к синтезу более жароустойчивых белков-ферментов. При высоких температурах в клетках синтезируются специфические белки, толерантные к перегреву, и поэтому называемые белками теплового шока (БТШ).

Растения отвечают на низкотемпературную обработку экспрессией ряда генов. Продукты этих генов получили название белков холодового шока (БХШ). Низкотемпературной обработкой индуцируются Lea-белки. К БХШ относятся так же продукты некоторых уникальных генов, экспресирующихся в растениях при отрицательных температурах.

Кислородное голодание (анаэробиоз), вызывает синтез специфических стрессовых белков анаэробиоза. Крайне активно синтезируются несколько форм алкогольдегидрогеназы. Гипоксические условия приводят к индукции гликолитических ферментов: гексокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы, глюкозофосфатизомеразы, глицералльдегид-3-фосфатдегидрогеназы, фруктозо-1,6-дифосфатальдоназы, енолазы и др.; ферментов, приводящих к образованию этанола, - пируватдекарбоксилазы и алкогольдегидрогеназы.

Повышенная концентрация солей инактивирует работу белков, тормозит их синтез. Пролинсинтаза является ключевым ферментом синтеза пролина, альдегиддегидрогеназа вызывает аккумуляцию бетаина. Другие ферменты (например, глицеринальдегидфосфатдегидрогеназа) приводят к увеличению растворимых сахаров, что влияет на осмотическую концентрацию. У САМ растений под действием солей экспрессируются многие ферменты САМ — пути: ФЕП-карбоксилаза, малатдегидрогеназа и др.

Таким образом, стрессовые белки играют важную роль при воздействии экстремальных факторов:

· стрессовые белки защищают во время стресса макромолекулы и мембраны растительной клетки от повреждений;

· перестройка, как скорости, так и направления метаболических реакций, которые не могут проходить прежним путем при воздействии стрессоров;

· растения приобретают устойчивость к неблагоприятным факторам.

Список литературы

Дата добавления: 2015-05-08