Изменение температурных условий. Действие высоких температур и жароустойчивость растений

1.

Изменение температурных
условий:
Действие высоких температур
и жароустойчивость растений

2.

• Диапазон температур, действующих в
природе на растения, достаточно широк:
от –77 С до +55 С, т.е. составляет 132 С
• Наиболее благоприятными для жизни
большинства наземных организмов
являются температуры +15 – +30 С

3.

Организмы в зависимости от
температурного оптимума:
•термофильные (выше 50 С),
•теплолюбивые (25-50 С),
•умеренно теплолюбивые (15-25 С)
•холодолюбивые (5-15 С).
Устойчивость растений к высоким
температурам называют
жароустойчивостью или
термотолерантностью

4.

Влияние высокой температуры на
физиологические процессы
прямое влияние
t
изменение скорости диффузии
изменение
скорости химических реакций
косвенное влияние
t
изменение структуры белковых
макромолекул
изменение активности
ферментов и увеличение проницаемости
мембран
нарушение гомеостаза
изменение взаимодействия между липидами,
комплементарными цепями нуклеиновых кислот
и белками, гормонами и рецепторами.

5.

Мембраны при низких становятся жесткими
При высоких жидкими
( по Д.А.Лось, ИФР РАН)

6.

7.

8.

При высоких температурах работают
защитные механизмы двух типов:
избежание перегрева
за счет анатомических
приспособлений
1. ксероморфная структура листа,
много слоев паренхимы и
эпидермиса
приспособление к
условиям высоких
температур
с помощью
биохимических
адаптаций
2. малое количество устьиц
интенсификация
испарения воды в ходе
устьичной
транспирации
Саксаул белый

9.

Жаростойкие растения отличаются:
– значительным содержанием прочносвязанной
воды, что приводит к высокой вязкости цитоплазмы
– наличием осмотически активных веществ:
пролина, бетаинов, многоатомных спиртов, углеводов и
гидрофильных олигопептидов
– повышенным содержанием органических кислот,
которые связывают аммиак
– способностью длительно поддерживать стабильный
уровень дыхания в широком диапазоне изменения
температур, что необходимо для энергетического
обеспечения обмена веществ
– обезвреживанием продуктов ПОЛ с помощью системы
антиоксидантов
– стабильностью липидов и белков мембран, что
поддерживает их функциональную активность

10.

Белки теплового шока (БТШ)
HSP, Heat shock proteins
• Это специфические белки, вырабатываемые у
организмов в ответ на действие высоких
температур
• Гены, кодирующие белки БТШ, были открыты в
1962 на политенных хромосомах дрозофилы Ф.
Ритоззой
• В 1974 году были идентифицированы белки
теплового шока
• Синтез БТШ осуществляется у всех групп живых
организмов от бактерий до человека

11.

Выделяют 5 групп белков
теплового шока
• БТШ-90
• БТШ-70
• БТШ-60
• БТШ-20
• БТШ-8.5
Ядро и ядрышки клетки при тепловом
шоке
показывают электронноплотные образования БТШ

12.

У растений БТШ впервые были обнаружены в 1980 г. БТШ растений, как и
других организмов, множественны. Они представлены группами
высокомолекулярных (60-110 кД) и низкомолекулярных (15-35 кД)
белков.

13.

Группа БТШ 70 - Шапероны
• Поскольку БТШ70 влияют на
конформационное состояние других
белков, их относят к группе шаперонов
(англ, chaperon - провожатый, наставник
при молодой особе)

14.

Группа БТШ 8,5
убиквитины
• К БТШ относится также белки убиквитины,
которые наносят «метки» на белки,
которые готовятся к смерти. Эта "метка
смерти" для белков, и при ее помощи
происходит выбраковка поврежденных,
недостроенных и функционально
неактивных полипептидов.
Ассоциированные с убиквитином белки
подвергаются ферментативной
модификации

15.

Схема индукции синтеза БТШ в клетке
Тепловой шок
Тепловой шок
Цитоплазма
м РНК
БТШ
Ген БТШ
Трансфактор
генов БТШ
ТФ
Полисомы
Ядро
Ядрышко
БТШ
Моносомы
Митохондрия
Цитоплазматическая
гранула теплового
шока
БТШ
Хлоропласт
Клеточная стенка
Плазмалемма
По Кулаевой,1997

16.

БТШ защищают не только при
тепловом воздействии!
• Синтез БТШ индуцируется не только
тепловым шоком, но и рядом других
неблагоприятных воздействий (водным
дефицитом, засолением, тяжелыми
металлами, обработкой АБК, поранением,
низкой тем- пратурой и др.), причем синтез
БТШ, вызванный, например, солями кадмия
или другими нетемпературными
воздействиями, повышает устойчивость
клеток к нагреву.

17.

Повышения устойчивости к высокой
температуре
• Повышения устойчивости к высокой
температуре можно достичь закалкой
семян или рассады. Опрыскивание 0,05%ным раствором солей цинка тоже может
способствовать термоустойчивости.
Трансформация растений по ферментам
синтеза осмотиков и ферментам
антиоксидантной защиты также
увеличивает их жаростойкость.