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36.6:

冷热应激反应

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Responses to Heat and Cold Stress

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极端环境温度 会影响植物的新陈代谢 热量过大会使酶和其它蛋白质变性 而严寒会冻结细胞内的水分 植物如何应对冷热胁迫? 在环境温度较高时 植物为避免散失过多水分 会在白天关闭气孔 常常也减少了二氧化碳的吸收和光合作用 热胁迫还能导致植物细胞 合成大量名为热休克蛋白的 特殊蛋白质 它们相当于护卫 与其它蛋白质 一起合并为功能结构 或是保护酶和蛋白质以免变性 植物会调节细胞膜的 脂质成分以保持完整性和最佳的 膜流动性来应对冷热胁迫 膜的流动性影响膜的渗透性 渗透性则调节分子穿过膜的运动 防止分子泄漏或流入细胞 磷脂呈双层排列 形成了细胞质膜的基本结构 这一双层结构的脂质成分 由饱和或不饱和的脂肪酸构成 在热胁迫期间 高温 导致脂双层变得较易流动也较容易 渗透或泄漏 植物则通过提升膜中的饱和脂肪酸的 比例来提高抗热性 阻止膜的流态化 在冷胁迫期间 低温 导致脂双层变得较硬 渗透性降低 应对方法就是提高膜中不饱和 脂肪酸的比例来降低膜的硬度 保持最佳流动性 在低于冰点的温度 大多数植物的 细胞壁和胞间间隙中 会形成冰 造成水分离开细胞质 导致细胞脱水 为防止这一点 许多耐寒植物 会在细胞质中积聚溶质 比如糖分 来调节渗透势 应对冷热胁迫的适应性机制 维持了体内稳态 确保了植物生存

36.6:

冷热应激反应

每个生物体都有一个最佳的温度范围,在其中可以发生健康的生长和生理功能。在这个范围的末端,将有一个最低和最高温度,中断生物过程。

当环境动力学从给定物种的最佳极限消失时,新陈代谢和功能发生变化,这被定义为压力。植物通过启动基因表达的变化来响应压力,导致植物代谢和发育的调整,旨在达到平衡状态。

植物在温度波动期间保持膜流动性

植物中的细胞膜通常是受环境温度变化影响的第一批结构之一。这些膜主要构成磷脂、胆固醇和蛋白质,脂质部分由不饱和脂肪酸或饱和脂肪酸的长链组成。植物在温度变化下可以采取的主要策略之一是改变其膜的脂质成分。通常,植物会降低高温下膜脂质的不饱和程度,并在低温下增加膜脂质,保持膜的流动性。

热休克蛋白

植物组织或细胞突然暴露于高温应力中,导致热休克蛋白(HSPs)的短暂表达。它们作为分子伴护,防止变性蛋白质的聚集,或促进聚合蛋白分子的重新饱和,执行基本的生理功能。

气孔导度

温度高于典型平均范围升高对植物的光合作用活性和气孔生理学有影响。随着温度的升高,植物将关闭其气孔,以减少气孔导度和因蒸腾作用而造成的水分流失。

植物细胞内的溶质积累

极低的温度会降低植物的吸水量,因为水潜力低,导致脱水。许多植物通过糖(如蔗糖、葡萄糖和果糖)在细胞内积累蔗糖,调节其渗透潜力并保持含水量。这种溶解物的积累还可以通过减少冻结点来延缓组织中的水冻结。

Suggested Reading

Nievola, Catarina C, Camila P Carvalho, Victória Carvalho, and Edson Rodrigues. "Rapid Responses of Plants to Temperature Changes." Temperature. 4 (4)2017: 371–405. [Source]

Zheng, Guowei, Bo Tian, Fujuan Zhang, Faqing Tao, and Weiqi Li. "Plant Adaptation to Frequent Alterations between High and Low Temperatures: Remodeling of Membrane Lipids and Maintenance of Unsaturation Levels." Plant, Cell & Environment. 34 (9)2011: 431–1442. [Source]

Tarkowski, Łukasz P., and Wim Van den Ende. "Cold tolerance triggered by soluble sugars: a multifaceted countermeasure." Frontiers in plant science 6 (2015): 203. [Source]