Stres w świecie roślin

Stres w świecie roślin
Według słownika wyrazów obcych stres - to stan napięcia emocjonalnego,
wywołany zdenerwowaniem, zagrożeniem lub przeciążeniem organizmu. Wobec tego,
pojawia się pytanie: czy rośliny mogą się stresować? Biorąc pod uwagę terminologię
znaną każdemu z nas, odpowiedź brzmi – nie. Przecież rośliny nie mają emocji. Czy
ktoś widział zdenerwowaną roślinę? Jednak, tak jak każdy żywy organizm, również
organizm roślinny odbiera z otoczenia różne sygnały i na te sygnały reaguje.
Jeżeli potraktujemy stres jako pewnego rodzaju stan napięcia w organizmie, które
pojawia się na skutek działania różnych niekorzystnych czynników, wówczas możemy
stwierdzić, że wobec takiego stresu rośliny nie pozostają obojętne. W końcu są
narażone na wiele czynników środowiskowych, które nie zawsze są dla nich korzystne i
nie mogą się przed nimi aktywnie bronić (np. schować się w cień w upalny dzień).
Oczywiście w toku ewolucji, a także w wyniku adaptacji rośliny wytworzyły mechanizmy,
które pozwalają im przetrwać jakiś czas w niekorzystnych warunkach, ale zdolności
adaptacyjne roślin są ograniczone.
Jak rozpoznać, że roślina „żyje w stresie”? Reakcje organizmów roślinnych nie są
gwałtowne i nie widać ich od razu, ale wnikliwy obserwator zauważy, że dzieje się coś
niepokojącego. Niekorzystne warunki środowiskowe, na które narażone są rośliny,
wywołują szereg reakcji biochemicznych, niewidocznych gołym okiem, które mają
swoje odzwierciedlenie w reakcjach fizjologicznych. Te reakcje już możemy
zaobserwować.
Proponuję zapoznanie się z kilkoma stresorami roślin. Łatwiej walczyć, jeżeli
znamy wroga i wiemy, jak on działa. Jest wiele rodzajów stresów, na które narażone są
rośliny. Najczęściej spotykany to stres wodny, który kojarzy się z suszą. W wyniku
braku wody w podłożu zaburzeniu ulegają prawie wszystkie procesy zachodzące w
komórkach. Z niewielkim deficytem wody rośliny radzą sobie poprzez: ograniczenie
transpiracji (transpiracja – parowanie wody z liści i pędów poprzez aparaty szparkowe i
skórkę), zahamowanie wzrostu pędu i liści, przyspieszenie wzrostu systemu
korzeniowego (w celu dotarcia do partii gleby zasobniejszych w wodę), oraz
przyspieszenie procesu starzenia się i zrzucania liści (najpierw opadają liście
najstarsze). Jeżeli czynnik deficytu wody zostanie usunięty w krótkim czasie, rośliny
wracają do normalnego stanu, przy czym nabierają swoistej „odporności” na niedobór
wody. Oczywiście nie całkowitej odporności. Przedłużająca się susza wywołuje zmiany
na poziomie komórkowym i może prowadzić do śmierci roślin.
Tak jak niedobór wody, również jej nadmiar może być przyczyną stresu roślin. Nie
chodzi tu oczywiście o wodę, bo tej przecież w tym wypadku jest aż w nadmiarze.
Czynnikiem, którego roślinie brakuje w takich warunkach jest tlen i mówimy wtedy o
stresie wywołanym niedoborem tlenu. Pojawia się pytanie: co takiego woda ma
wspólnego z pobieraniem przez rośliny tlenu? Korzenie roślin pobierają tlen z gleby, a
w wodzie tlen rozpuszcza się bardzo słabo. Ponadto w głąb gleb zalanych wodą, jak
również w głąb gleb zwięzłych i zbitych, tlen dyfunduje z atmosfery bardzo powoli.
Istnieją gatunki roślin, które przystosowały się do życia na glebach trwale zalanych
wodą, np.: ryż, gatunki bagienne, nieliczne gatunki drzew: olsza, topola, wierzba.
Jednak dla większości roślin długotrwałe zalanie gleby prowadzi do śmierci w ciągu
kilku dni lub tygodni. Objawy uszkodzeń wywołanych zatopieniem pojawiają się
szybciej niż te wywołane niedoborem wody. W pierwszej kolejności zahamowany
zostaje wzrost systemu korzeniowego, a najmłodsze części korzeni zamierają.
Zaburzeniu ulega proces oddychania komórkowego, w wyniku czego wytwarzane są
substancje powodujące zakwaszenie, a w konsekwencji następuje śmierć komórek i
całych roślin.
Rośliny reagują również na zmiany temperatury. Temperatura optymalna do
przebiegu procesów życiowych jest różna dla różnych gatunków, ale także zależy od
etapu rozwojowego rośliny. Zbyt wysoka, lub zbyt niska temperatura może być
przyczyną osłabienia wzrostu i żywotności roślin, zaburzeń metabolizmu, uszkodzeń na
poziomie strukturalnym, zamierania komórek i tkanek, a w konsekwencji całych
osobników. Mówimy wówczas o działaniu stresu termicznego. Ekspozycja roślin na
bardzo wysokie temperatury przez okres nawet kilku sekund, powoduje denaturację
białek i śmierć rośliny. Podczas długotrwałego działania mniej ekstremalnych
temperatur zakłócone zostają podstawowe procesy metaboliczne, m.in.: oddychanie i
fotosynteza. Niektóre rośliny (np. ogórek, fasola, pomidor, kukurydza) są z kolei
wrażliwe na niskie temperatury (od 0°C do +10°C). W warunkach chłodu, u tych roślin
następują zmiany na poziomie komórkowym, co z kolei powoduje więdnięcie, pomimo
optymalnego zaopatrzenia w wodę. Niskie temperatury powodują zaburzenia procesu
fotosyntezy u większości roślin, a temperatury poniżej 0°C powodują krystalizacje wody
w tkankach. Proces ten prowadzi do dehydratacji komórek. Istnieją gatunki odporne na
niskie temperatury. Niektóre znoszą mrozy nawet do -40°C. Można zwiększyć
odporność roślin na niskie lub wysokie temperatury poprzez tzw. hartowanie.
W parze z wysoka temperaturą często idzie stres radiacyjny, wywołany zbyt
silnym oświetleniem. Nadmiar promieniowania powoduje rozpad chlorofilu, co skutkuje
zmniejszeniem intensywności fotosyntezy. Ponadto często zostają uszkodzone tkanki
wystawione na działanie silnego światła, co objawia się powstawaniem jaśniejszych
plam.
Na siedliskach suchych lub lekko wilgotnych rośliny narażone są na stres solny. W
wyniku wysokiego stężenia NaCl w glebie, potencjał wody w glebie staje się bardzo
niski, co zmniejsza dostępność wody dla roślin. Rośliny więdną nawet wtedy, gdy
poziom wody jest wystarczający, gdyż nie mogą z niej skorzystać, nie mogą jej pobrać.
Jeżeli obserwujemy, że rośliny więdną pomimo optymalnych warunków termicznych i
dobrej zasobności w wodę, istniej duże prawdopodobieństwo, że jest to wynikiem
zasolenia gleby.
Wspólną i często występującą cechą w różnych rodzajach stresów jest tworzenie
się w komórkach roślin bardzo szkodliwych, wysoce reaktywnych form tlenu, np.:
nadtlenku wodoru (H2O2), rodników hydroksylowych (OH∙), tlenu w stanie
singletowym (O2˙-). Taką sytuację nazywamy stresem oksydacyjnym. Prowadzi on do
uszkodzenia białek, również tych budujących DNA.
Oprócz wymienionych przeze mnie stresorów, istnieje szereg innych czynników
wywołujących stres u organizmów roślinnych, np.: zanieczyszczenia środowiska,
patogeny, czy uszkodzenia mechaniczne.
Spróbujmy inaczej sformułować pytanie postawione na początku. Zapytajmy: czy
rośliny mogą czuć stres? Oczywiście, że mogą. Czują stres, reagują na stres i
wytwarzają mechanizmy obronne. Tak jak każdy żywy organizm dążą do przetrwania i
wydania potomstwa, dlatego w miarę możliwości próbują przetrwać okres
niekorzystnych do rozwoju warunków. My możemy tak modyfikować środowisko, w
którym żyją rośliny, aby w jak najmniejszym stopniu były narażone na stres. A jeżeli już
pojawi się czynnik stresogenny, zadziałać w odpowiedni sposób. Rośliny rozwijające się
w optymalnych warunkach odwdzięczą się dużym plonem o dobrej jakości.
Bibliografia:
1. Kopcewicz J., Lewak S. (red) – Fizjologia roślin. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2002.
2. Szweykowska A. – Fizjologia roślin. Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań, 1999.