Всем привет,
Что-то захотелось мне написать про реакцию на стресс-факторы растений. Офигенно интересная тема - как растения выживают при разных стрессах (абиотических, биотических, анторопогенных). Что происходит на уровне биохимии в клетках. Как встречают стресс, как к нему адаптируются, как это отражается в геноме популяции. Растения - моя слабость и любовь.
Мы привыкли думать о стрессе как о человеческом явлении. Но задумывались ли вы, что растения тоже переживают стресс — и делают это по-своему?
У них нет нервной системы. Нет гормона кортизола. Но когда жара, холод, засуха, растение поражает микроорганизмы или оно сталкивается с тяжёлыми металлами — растение включает защитные программы.
🧠 Что такое стресс в мире растений?
Термин «стресс» ввёл физиолог Ганс Селье в 1936 году. И хотя речь шла о животных, позже этот термин прочно вошёл и в физиологию растений.
📌 В растении стресс — это не просто наличие неблагоприятного фактора, а внутренние сдвиги в биохимии, метаболизме, экспрессии генов и гормональном фоне, возникающие в ответ на стресс-фактор.
🌪 Какие бывают стрессоры у растений?
🔹 Абиотические — жара, холод, засуха, ультрафиолет, радиация.
🔹 Биотические — грибки, бактерии, вирусы.
🔹 Антропогенные (привнесенный человеком) — пестициды, тяжёлые металлы, загрязнение почвы и воздуха.
Каждый тип стресса вызывает свой набор изменений, но сигнальные пути часто пересекаются и похожи.
🔬 Как растение воспринимает стресс?
Растение — это полноценная сигнальная система, где каждая клетка реагирует на малейшие изменения.
1. Мембраны — первые сенсоры
Когда на растение действует стрессор (жара, засоление, обезвоживание), физико-химические свойства мембран меняются. Они становятся более проницаемыми, начинает происходит сдвиг в ионном балансе.
2. Кальций — первая молекула тревоги
При стрессовом воздействии в клетку резко поступает Ca²⁺ — ион кальция (из клеточной стенки). Это универсальный «внутренний мессенджер», который запускает серию каскадных реакций. Его концентрация в цитоплазме — сигнал к тревоге.
3. Каскады киназ
Далее включаются протеинкиназы, особенно MAP-киназы, которые активируют транскрипционные факторы. Те заходят в ядро и включают «стрессовые» гены: те, что кодируют защитные белки, ферменты, антиоксиданты.
Киназы — это специальные белки-ферменты, которые работают как "переключатели" внутри клетки. Они передают сигналы, добавляя к другим белкам особую метку — фосфат. Эта метка как кнопка "включить" или "выключить" нужный процесс: например, запуск защиты, роста или выработку других веществ.
🧪 Какие вещества и молекулы помогают растению справляться со стрессом?
1. Белки теплового шока (HSPs)
Независимо от того, вызван ли стресс температурой, солями или инфекцией — растения активно вырабатывают HSP-белки. Они стабилизируют структуру других белков, защищают их от денатурации, участвуют в сворачивании и сборке белковых комплексов.
2. Пролин и другие осмопротекторы
💧 Засуха, соль, холод — всё это нарушает водный баланс. Чтобы удержать влагу, клетка накапливает:
- Пролин — аминокислоту, удерживающую воду.
- Бетаин.
- Сахара (сахароза, трегалоза)
Эти вещества не токсичны, не мешают обмену, но создают осмотическую защиту.
3. Антиоксиданты
При любом стрессе резко возрастает образование свободных радикалов (синглетный кислород, гидроксильный радикал, перекись водорода и др.). Это опасно — они повреждают ДНК, белки, липиды.
Растения защищаются с помощью:
- Ферментов: супероксиддисмутаза, пероксидаза, каталаза.
- Немолекулярных антиоксидантов: глутатион, аскорбат, каротиноиды, флавоноиды.
📌 Чем больше у растения антиоксидантной активности, тем лучше оно переносит стресс.
4. Фитогормоны и сигнальные молекулы
– Абсцизовая кислота (АБК) — гормон засухи: закрывает устьица, усиливает синтез пролина.
– Жасмоновая кислота — против биотических факторов (насекомые, грибки).
– Салициловая кислота — ключ к системной устойчивости.
– Этилен — тормозит рост, помогает формировать адаптивные структуры.
📌 Эти гормоны часто взаимодействуют — образуя сложную сеть сигналов.
5. Вторичные метаболиты
При стрессе усиливается синтез:
- флавоноидов,
- фенольных кислот,
- алкалоидов,
- терпенов.
Отпугивают вредителей, защищают от УФ-излучения, тормозят рост патогенов, являются частью антиоксидантной системы растений.
Если интересно, в следующей части напишу как и где в растении образуются свободные радикалы.