Mecanismo de resistencia a la sequía de las plantas tolerantes a la sequía
1. La influencia de las características morfológicas y estructurales de la planta en su mecanismo de resistencia a la sequía
(1) Raíz sistema. El sistema de raíces de las plantas es un órgano importante para que las plantas absorban agua directamente y desempeña un papel vital en la función de tolerancia de las plantas a la sequía. Un sistema de raíces profundo y bien desarrollado permite que las plantas absorban y utilicen completamente el agua almacenada en el suelo, lo que les permite sobrevivir a los períodos de sequía. En general, se cree que las plantas con fuerte resistencia a la sequía tienen un bajo potencial hídrico de las raíces, lo que favorece la absorción de agua.
(2) Hojas. Como órganos de asimilación y transpiración, las hojas sufrirán cambios en su estructura morfológica bajo estrés por sequía a largo plazo, y los cambios en su estructura morfológica están estrechamente relacionados con la tolerancia a la sequía de la planta. Se manifiesta principalmente en: La pared exterior de la epidermis de la hoja tiene una cutícula desarrollada. La cutícula es una especie de membrana plasmática. Su función principal es reducir la pérdida de agua a la atmósfera y es una barrera para la evaporación del agua de las plantas. La cutícula gruesa puede mejorar la reflexión de energía de la planta y reducir la transpiración, mejorando así la resistencia a la sequía de la planta; tiene pelos epidérmicos que pueden proteger la planta de la luz fuerte y reducir la transpiración; tiene una gran proporción de tejido de cerca/tejido de esponja y una superficie pequeña; La relación área/volumen, un tejido en empalizada bien desarrollado, distribuido en los lados dorsal y ventral de las hojas, puede reducir el daño mecánico cuando las plantas secas y con deficiencia de agua se marchitan. La pequeña relación superficie/volumen minimiza la pérdida de humedad. El estudio anatómico de Wei Meiqin de cuatro especies de plantas Potentilla también confirmó este punto.
2. Regulación osmótica. En condiciones de estrés hídrico, se acumularán solutos solubles en moléculas orgánicas o agentes osmóticos, lo que mejorará eficazmente la capacidad de regulación osmótica de la planta y mejorará su resistencia al estrés.
(1) Ácido abscísico y resistencia a la sequía de las plantas. El ácido abscísico es una de las cinco categorías principales de hormonas vegetales. Una gran cantidad de experimentos han demostrado que cuando las plantas se exponen a ambientes adversos como sequía, bajas temperaturas, salino-álcali y contaminación ambiental, el ácido abscísico aumenta significativamente en las plantas. El aumento de ácido abscísico hace que las plantas sean resistentes a ambientes adversos. En particular, el aumento del ácido abscísico es consistente con el cierre de los estomas, lo que es muy beneficioso para la resistencia de las plantas a la sequía. Además de regular la apertura y cierre de los estomas, el ácido abscísico también puede promover la absorción de agua e iones por las raíces. Además, el ácido abscísico puede promover la latencia de los cogollos, reducir la tasa de crecimiento y promover la acumulación de sustancias asimiladas que pueden reducir la transpiración y mejorar la capacidad de retención de agua de la planta, lo que es muy beneficioso para la resistencia a la sequía.
(2) Prolina y resistencia a la sequía de las plantas. La acumulación de prolina es una medida protectora que toman las plantas para resistir el estrés por sequía. La interacción entre el grupo hidrófilo de la prolina y el grupo hidrófilo de la proteína mejora la estabilidad de la proteína. En condiciones de estrés hídrico severo, las enzimas metabólicas y las proteínas estructurales de los nódulos de la raíz de alfalfa pueden estar protegidas por la prolina acumulada, lo que reduce el daño de la sequía severa a los tejidos. . En circunstancias normales, el contenido de prolina libre en las plantas es sólo de 0,2 a 0,6 mg·g-1 de peso seco, lo que representa un pequeño porcentaje del total de aminoácidos libres. Sin embargo, en condiciones de sequía, la prolina puede aumentar exponencialmente, lo que representa 10. 30% del total de aminoácidos libres. Por un lado, la acumulación de prolina bajo estrés hídrico mejora la regulación osmótica de las plantas y aumenta la resistencia del tejido a la deshidratación, por otro lado, la naturaleza dipolar de la prolina protege la integridad de la estructura proteica de la membrana y al mismo tiempo mejora; la resistencia de la membrana a la deshidratación o la flexibilidad. La prolina también actúa como eliminador de radicales libres, regulando el valor del pH del citoplasma, previniendo la desnaturalización de las enzimas y previniendo la acidificación del citoplasma.
(3) Betaína y resistencia a la sequía de las plantas. Resultados de investigaciones recientes han señalado que la betaína puede ser una de las principales sustancias reguladoras osmóticas en las plantas y desempeñar un papel en la resistencia a la sequía de las plantas. La base es que en condiciones de estrés osmótico, las actividades de la betaína aldehído desoxigenasa (BADH) y la colina monooxigenasa (CMO) en las plantas aumentan. Estas dos enzimas tienen la capacidad de oxidar la colina a betaína en las plantas superiores. Actúa y acumula betaína. citoplasma. La acumulación de betaína puede mantener el equilibrio osmótico entre la célula y el entorno externo y estabilizar la estructura cuaternaria de la proteína compleja, mejorando así la adaptabilidad de la planta al estrés por sequía. La betaína se sintetiza en los cloroplastos. Como sustancia de ajuste osmótico, se acumula en las células para reducir el potencial osmótico cuando las plantas están bajo estrés ambiental. También puede servir como sustancia protectora con una función de "ajuste no osmótico" extremadamente importante, manteniendo la biología. macromoléculas. Su estructura e integridad pueden mantener sus funciones fisiológicas normales, eliminar el envenenamiento de la actividad enzimática por altas concentraciones de sal y proteger las enzimas respiratorias y los procesos del metabolismo energético.
También puede afectar la distribución de iones dentro de las células.
(4) Acuaporinas y resistencia a la sequía de las plantas. Las acuaporinas son la vía principal para el transporte de agua a través de las membranas de las plantas. Es un tipo de proteína de la familia de proteínas intercaladas maestras (MIP) que sirve como canal transmembrana y tiene la función de transportar agua. La acuaporina, el antiportador H /ATPasa y el Na /H desempeñan un papel de señalización en la regulación del potencial hídrico celular y la distribución intracelular de iones salinos. Las plantas pueden fortalecer el intercambio de información y de materiales entre las células y el medio ambiente mediante la regulación de proteínas de membrana como las acuaporinas, cambiar la permeabilidad de la membrana al agua y lograr una regulación osmótica para mejorar la resistencia a la sequía y la tolerancia a la sal de la planta.
3. Eliminación de especies reactivas de oxígeno. Cuando las plantas se ven estresadas por el agua y la sal, producen especies reactivas de oxígeno, que pueden dañar las células. Los sistemas enzimáticos antioxidantes (superóxido dismutasa SOD), catalasa CAT, peroxidasa POD, etc.) ampliamente presentes en las plantas pueden eliminar eficazmente las especies reactivas de oxígeno, garantizar las funciones fisiológicas normales de las células y mantener su resistencia al estrés por sequía. Las plantas tolerantes a la sequía pueden mantener la actividad de las enzimas protectoras en un nivel alto en condiciones adversas, lo que es beneficioso para eliminar los radicales libres y reducir el nivel de peroxidación lipídica de la membrana, reduciendo así el grado de daño de la membrana.
4. Proteína LEA y resistencia a la sequía de las plantas. La proteína LEA se refiere a una serie de proteínas acumuladas en grandes cantidades en las semillas durante la embriogénesis tardía. Las proteínas LEA están ampliamente presentes en las plantas superiores. En otras etapas de la ontogenia de las plantas, también puede expresarse en niveles elevados en otros tejidos debido a la inducción por ABA o deshidratación. En general, se cree que la proteína LEA tiene la función de proteger las macromoléculas biológicas en las células vegetales, mantener estructuras celulares específicas y mitigar el estrés ambiental como la sequía, la sal y el frío. La mayoría de las proteínas LEA son altamente hidrófilas. La alta hidrofilicidad ayuda a la proteína LEA a reemplazar parcialmente las moléculas de agua cuando las plantas pierden agua debido a la sequía. Los grupos polihidroxilo de la proteína pueden mantener el líquido celular en un estado disuelto, evitando así el colapso de la estructura celular y estabilizando la estructura celular. especialmente la estructura de la membrana. Durante el proceso de sequía y deshidratación, la concentración de iones en el líquido celular aumentará rápidamente y la concentración de iones de alta intensidad causará daños irreversibles a las células. En la estructura facultativa de hélice α compuesta por la secuencia de motivos de la proteína LEA del grupo 3, los aminoácidos hidrófilos e hidrófobos se encuentran respectivamente en posiciones específicas de la hélice, formando un haz de hélice intramolecular, y su superficie tiene la capacidad de unirse a aniones y cationes. Por lo tanto, también puede controlar los daños causados por la alta escasez de sal y agua.
La resistencia de las plantas a la sequía es un tema complejo. Las investigaciones muestran que la resistencia de las plantas a la sequía está controlada por múltiples genes. Algunos cultivos tienen mecanismos integrales que trabajan juntos para producir sequía. -Propiedades resistentes.