Общие механизмы устойчивости и характеристика адаптационного процесса организма

1. Общие механизмы устойчивости и характеристика адаптационного процесса

2.

Стресс – общая неспецифическая адаптационная реакция организма на
действие
любых
неблагоприятных
факторов.
На клеточном уровне к первичным неспецифическим процессам, происходящим при нарастающем действии стрессора, относятся: повышение
проницаемости мембран, деполяризация мембранного потенциала
плазмалеммы; вход ионов кальция в цитоплазму из клеточных стенок и
внутриклеточных компартментов (вакуоли, ЭПС, митохондрии); сдвиг рН
цитоплазмы в кислую сторону; активация сборки актиновых
микрофиламентов и сетей цитоскелета, в результате чего возрастает
вязкость и светорассеивание цитоплазмы; усиление поглощения
кислорода, ускоренная трата АТФ, развитие свободнорадикальных
реакций; ускорение гидролитических процессов; активация и синтез
стрессовых белков; усиление активности водородной помпы в
плазмалемме (возможно, и в тонопласте), что препятствует
неблагоприятным сдвигам ионного гомеостаза; увеличение синтеза
этилена и абсцизовой кислоты, торможение деления и роста,
поглотительной
активности
клетки
и
других физиологических и метаболических процессов.

3.

Охарактеризуем механизмы адаптации
на организменном уровне. Чем выше
уровень биологической организации,
тем большее число механизмов
одновременно участвует в адаптации
растений к стрессовым воздействиям.
На этом уровне сохраняются все
механизмы адаптации, свойственные
клетке, но они дополняются новыми,
отражающими взаимодействие органов
растении.

4.

Почти все растения отвечают на действие
любого стрессора активацией разных групп
генов и синтезом кодируемых ими защитных
белков. Система «белки теплового шока» (БТШ)
– древняя и консервативная. Выделяют пять
групп белков теплового шока. Главные отличия
системы белков теплового шока растений – это
многокомпонентность и сложность состава
низкомолекулярных полипептидов. Именно с
функционированием низкомолекулярных БТШ
связывают защитную роль данной системы в
растениях.

5.

Эти белки локализуются в ядре, цитозоле,
клеточных
органеллах.
Повышение
температуры
инициирует
полное
перепрограммирование
метаболизма,
которое обеспечивает поддержание жизни
растения
в
экстремальных
условиях. Гены БТШ лишены интронов,
мРНК имеет полупериод жизни 2 ч, а белки
– около 20 ч, в течение которого клетка
сохраняет
терморезистентность.
Некоторые из этих белков предсуществуют
в цитоплазме и в условиях стресса
активируются фрагментированием.

6.

Выживание растения в условиях избыточного
засоления зависит не от солетолерантности самих
белков, а от их микроокружения, способности
клеток
поддерживать
ионый
гомеостаз.
Совместимые осмолиты (сахара, сахароспирты,
свободные аминокислоты и др.) понижают
водный потенциал, защищают мембраны,
ферменты,
структурные
и
регуляторные
макромолекулы. Повышение концентрации этих
веществ идет за счет активации работы генов,
контролирующих ферменты синтеза осмолитов, и
ингибирования
экспрессии
других
генов,
ответственных
за
их
разрушение.
Активация генов, кодирующих регуляторные
белки, ферменты синтеза гормонов и т. д. Синтез
стрессовых, мембранных, структурных белков,
синтез протекторных соединений – это
биохимическая адаптация.

7.

Виды биохимической адаптации к некоторым экстремальным факторам
внешней среды были рассмотрены выше. Рассмотрим биохимические механизмы адаптации растений к засухе. Они предотвращают обезвоживание
клетки, обеспечивают детоксикацию продуктов распада, способствуют восстановлению нарушенных структур цитоплазмы. Высокая водоудерживающая способность цитоплазмы сохраняется при накоплении низкомолекулярных гидрофильных белков, связывающих значительный объем воды в виде
гидратных оболочек. Этому способствует взаимодействие белков с пролином, концентрация которого в условиях стресса резко возрастает, а также
увеличение числа моносахаров в цитоплазме.

8.

Отбор и разведение организмов, устойчивых к
экстремальным
факторам.
Селекция.
Скрещивание существующих растений не
исчерпывает
всех
потенциальных
возможностей получения новых сортов
геномов. При генной инженерии необходимо
найти комплекс генов, отвечающих за ту или
иную устойчивость. Для экспериментов по
трансформации
растительной
клетки
наиболее подходящий объект – протопласты.
Получены протопласты из листьев картофеля,
из которых в результате регенерации сначала
вновь образуются клетки, а затем каллусы и
целые растения; проводится отбор вариантов,
наиболее устойчивых к неблагоприятным
воздействиям и болезням.

9.

Одним из способов, повышающих устойчивость растений к недостатку кислорода,
является их обработка и замачивание семян в растворах хлорхолинхлорида.
Повысить устойчивость можно путем предпосевного замачивания семян в 0,001–
0,0001%-ном растворе никотиновой кислоты. Другой способ – подкормка
растений нитратами. Газоустойчивость повышается при оптимизации
минерального питания и закалке семенного материала. Растения обладают
способностью противостоять действию неблагоприятных факторов среды. Защита
от них обеспечивается на клеточном, органном (анатомические приспособления,
специальные органы защиты, физиологические реакции, выработка защитных
веществ), организменном и популяционном уровнях.

10. Спасибо за внимание!!!