Защитные механизмы растений против действия высоких температур

Растения могут бороться с действием высоких температур с помощью 3 «стратегий»:

- снизить температуру своего тела по сравнению с окружающей средой

- не снижая своей температуры, повысить устойчивость своих структур к повышенной температуре

- перейти в менее активное состояние и переждать действие высоких температур

Чаще всего растения пользуются не одной стратегией, а несколькими сразу

1. Способы снижения температуры растения:

- наличие на поверхности растения опушения и толстой блестящей кутикулы, которые отражают солнечные лучи и тем самым снижают нагрев растения

- в солнечные жаркие дни листья поворачиваются параллельно солнечным лучам, чтобы меньше нагреваться; с этой же целью хлоропласты в клетках листа в солнечную погоду перемещаются к клеточным стенкам, параллельным солнечным лучам

- листья могут охлаждаться за счет интенсивной транспирации – этот способ используют растения с глубокой корневой системой, которые не испытывают недостатка в воде (арбуз, верблюжья колючка и другие тонколистные ксерофиты)

2. Способы повышения устойчивости структур растения к низким температурам

- понижение текучести мембран за счет увеличения в них доли насыщенных жирных кислот

- синтез термостабильных белков

- повышение активности антиоксидантных ферментов (напр., супероксиддисмутазы), которые нейтрализуют активный кислород и защищают клетки от повреждения

3. Пережидание растением экстремальных температур

В этом случае растение в период наиболее высоких температур переходит в малоактивное состояние и поэтому становится менее уязвимым для высоких температур. Большинство растений переходят в это состояние путем частичной дегидратации своих тканей; из-за недостатка воды интенсивность метаболизма резко снижается, и растение меньше повреждается высокими температурами. Например, мох в вегетирующем состоянии гибнет при 42-50⁰С, а в высушенном – при 85-110⁰С. Однако для культурных растений такой способ неприемлем, т.к. в неактивном состоянии растения практически не фотосинтезируют и не растут, а значит – не создают урожай.

Белки теплового шока

Все приведенные выше «стратегии» выживания являются онтогенетическими или эволюционными и требуют для своей реализации определенного времени (например, на синтез термостабильных белков, образование толстой кутикулы и т.д.). В природе же нередко встречаются ситуации, что температура возрастает очень резко (например, при суховее – сухом горячем ветре). В этом случае растение должно быстро защититься от действия высокой температуры, чтобы иметь время для использования вышеперечисленных механизмов. Для такой защиты «быстрого реагирования» в растении есть система специальных белков – белков теплового шока, или БТШ. Данные белки отсутствуют в растении в обычном состоянии и появляются только при резком воздействии высокой температуры. Белки теплового шока придают клеточным структурам большую устойчивость к высокой температуре следующими способами:

- стабилизируют структуру белков (с использованием энергии АТФ) и не дают им денатурировать

- обеспечивают правильность сборки сложных белков из субъединиц

- стабилизируют структуру мембран

- разрушают поврежденные клеточные компоненты

Как и любая другая «аварийная» система, БТШ для своего синтеза и функционирования требуют огромного количества энергии. Поэтому после включения системы БТШ растение должно как можно скорее включить другие защитные механизмы и отключить систему БТШ. Долго поддерживать существование растения система БТШ не может, т.к. растение элементарно погибнет от недостатка энергии.