zimotrwalosc i mrozoodpornosc
TRANSCRIPT
![Page 1: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/1.jpg)
Fizjologia stresów
Zimotrwałość i mrozoodporność roślin
![Page 2: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/2.jpg)
Omawiając to zagadnienie musimy posługiwać się trzema pojęciami, które są bardzo często przeciwstawnie interpretowane. Żeby się rozumieć
zdefiniujmy je i przyjmijmy tą interpretację za jedyną słuszną.
• Adaptacja – dostosowanie organizmu do funkcjonowania w środowisku wykształcone na drodze ewolucji, mające oczywiście swoje podłoże genetyczne. Cechy adaptacyjne mogą podlegać ekspresji konstytutywnej, mogą być też indukowane przez zmiany w środowisku (ale geny są obecne cały czas).
• Aklimacja (hartowanie) – (1) ekspresja indukowalnych cech adaptacyjnych pod wpływem określonych czynników środowiska lub (2) działanie tymi czynnikami w celu indukcji cech adaptacyjnych.
• Aklimatyzacja – (1) ekspozycja organizmu na określone czynniki środowiska powodująca zmiany w jego stanie fizjologicznym ale nie powodująca indukcji cech adaptacyjnych, np. zacienianie liści wyłączające aparat fotosyntetyczny, „powolne wyciąganie” pomidorów z inspektu do warunków polowych w celu zapobieżenia uszkodzeniom chłodowym – unikanie szoku lub (2) proces prowadzący do wykształcenia się lub uruchomienia adaptacji (wg. Klasycznej genetyki niemożliwe, ale biorąc pod uwagę epigenetyczne wyciszanie czy uruchamianie genów…) (3) w hodowli roślin – prace prowadzące do introdukcji nowego gatunku poprzez selekcję genotypów, które mogą lepiej funkcjonować w nowym środowisku (wykorzystywanie naturalnej zmienności) lub tworzenie zmienności na drodze mutacji, transgenezy, czy wymuszania zmian epigenetycznych (np. w wyciszaniu genów).
![Page 3: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/3.jpg)
Zimotrwałość (Levitt 1980)
• Mrozoodporność• Odporność na suszę
– fizjologiczną– wysmalanie
• Odporność na stres świetlny• Odporność na uszkodzenia mechaniczne
– odporność na ruchy gleby (zamarzanie-rozmarzanie; system korzeniowy)
– odporność na ściskanie skorupą- lodową (część nadziemna)
• Odporność na warunki beztlenowe– odporność na długo zalegający śnieg– odporność na wymakanie
• Odporność na choroby i szkodniki
![Page 4: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/4.jpg)
Mrozoodporność (Anderssson, Olsson 1961)
• mrozoodporność właściwa (po zahartowaniu)• mrozoodporność w stanie niezahartowanym• mrozoodporność związana z pokrojem roślin
![Page 5: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/5.jpg)
W warunkach nietypowego przebiegu zimy
1. Odporność na suboptymalne warunki prehartowania
2. Zdolność do utrzymania zahamowania wzrostu nabytego podczas prehartowania
1. Wysokie wymagania wernalizacyjne2. Niska wczesność3. Niska wrażliwość na rozhartowywanie
![Page 6: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/6.jpg)
Strategie przetrwania zimy• Unikanie
(przetrwanie w formie nasion, stratyfikacja)• Mechanizmy aklimacyjne
– Strategia indukowanego unikania stresów zimowych w tym zamarzania
– Strategia indukowanej tolerancji stresów zimowych, w tym zamarzania
Cechą charakterystyczną zimotrwałości jest to, iż zmienia się ona sezonowo: rośnie jesienią (hartowanie na mróz) a spada w okresie wiosennym (rozhartowywanie). Hartowanie roślin na mróz zwiększa STOPIEŃ MROZOODPORNOŚCI oraz odporność na: STRES ŚWIETLNY i STRESY DEHYDRATACYJNE
![Page 7: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/7.jpg)
Morfologia i cechy anatomiczne roślin a zimotrwałość
W wielu pracach stwierdzano zależność zimotrwałości roślin od cech anatomicznych i morfologicznych roślin (długość i szerokość blaszki liściowej, wielkość komórek, ilość liści, zawartość wody w części nadziemnej, stopień rozwoju systemu korzeniowego). Istniejące tu zależności są podobne do tych omawianych w przypadku roli zahamowania wzrostu wydłużeniowego w procesie hartowania na mróz.
![Page 8: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/8.jpg)
Wpływ czynników zewnętrznych na zimotrwałość roślin
• Temperatura (obniżanie się wywołuje hartowanie, wzrost-rozhartowywanie)
• Światło (długość dnia, PAR-sygnał dla ekspresji genów, PAR-źródło energii dla fotosyntezy i uszkodzeń w przypadku fotoinhibicji)
• Nawożenie (N-przyspiesza wzrost, działa indukcyjnie, hamuje proces hartowania na mróz, rośliny większe są bardziej podatne na mróz po nie chowają się pod śniegiem, K-sprzyja hartowaniu bo gromadzenie jonów K+ obniża potencjał osmotyczny)
![Page 9: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/9.jpg)
Wpływ czynników zewnętrznych na zimotrwałość roślin
• Stężenie CO2 (wysokie oszukuje PSII, który jest współodpowiedzialny za wykrywanie zmian temperatury – roślina „myśli”, że jest cieplej i gorzej się hartuje, obfitość asymilatów przyspiesza wzrost co też osłabia hartowanie)
• Okrywa śniegowa (zapobiega gwałtownym spadkom temperatury w godzinach porannych, stanowi bufor cieplny, ogranicza suszę i stres świetlny, sprzyja anoksji i stresom biotycznym)
![Page 10: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/10.jpg)
PRZYCZYNY USZKODZEN MROZOWYCH
• Przyczyną śmierci komórek w czasie zamarzania jest destrukcja membran cytoplazmatycznych, destrukcja ta może być destrukcją:– Mechaniczną– Biochemiczną bądź fizyczną
![Page 11: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/11.jpg)
PRZYCZYNY USZKODZEN MROZOWYCH
• Mechaniczna: przez kryształy lodu rosnące w obrębie komórki• Biochemiczna bądź fizyczna
– Aktywacja bądź uwalnianie lipaz - deestryfikacja lipidów (Yoshida 1978, Willemot 1983)
– Utrata struktury lipidowej błon w czasie indukowanej mrozem desykacji cytoplazmy
– Wysalanie białek membranowych w czasie indukowanej mrozem desykacji cytoplazmy (Thebud, Santarius 1981)
– Przejście fazowe błon (Caffrey 1987)– Potencjał elektryczny powstający na skutek ekskluzji substancji
rozpuszczonych na granicy lód-roztwór (Steponkus 1985)– Obecność wolnych rodników przy jednoczesnej, ograniczonej
możliwości ich neutralizowania (Kendall, McKers:a 1989)
![Page 12: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/12.jpg)
Metody oceny zimotrwałości roślin
• Polowa - ze względu na dużą zmienność przebiegu zim ocena taka wymaga wieloletnich (lub/i) wielopunktowych badań. Skala 9°.
• Poprzez ocenę mrozoodporności (odporność na mróz najczęściej decyduje o przeżyciu zimy i koreluje z zimotrwałością na poziomie 0,6-0,95 w zależności od dokładności oceny zimotrwałości i sposobu oceny mrozoodporności).
• Poprzez ocenę innych cech (wymagania wernalizacyjne, cechy anatomiczne...)
![Page 13: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/13.jpg)
9° skala oceny przeżywalności polowej (przykłady)
1 7
![Page 14: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/14.jpg)
Mrozoodporność – metody oceny
• Bezpośrednie (konieczne zahartowanie roślin i mrożenie)
• Pośrednie (określanie zmian biochemicznych lub fizycznych zachodzących podczas hartowania na mróz)
![Page 15: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/15.jpg)
Bezpośrednia ocena mrozoodporności
• Hartowanie roślin w polu. Metoda tańsza, ale mniej dokładna, gdyż stopień mrozoodporności zmienia się w ciągu zimy. Dokonywana jednokrotnie koreluje z zimotrwałością zwykle na poziomie około 0,6. Dokonywana kilkukrotnie w czasie zimy daje korelacje rzędu 0,8-0,9.
• Hartowanie roślin w warunkach laboratoryjnych (najdokładniejsza, ale droga).
• Hartowanie in vitro kalusa, czy zawiesin komórkowych.
Podział ze względu na źródło materiałów do oceny
![Page 16: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/16.jpg)
Bezpośrednia ocena mrozoodporności
• Ocena przeżycia roślin (jeśli materiał pochodzi z pola, to stosuje się tzw. skrzynkową metodę Kocha – rośliny wysiewane są w warunkach polowych do skrzynek i pobierane do mrożeń zwykle trzykrotnie w czasie zimy, mrożone są całe szkrzynki). % przeżycia.
• Wizualna bonitacja stopnia uszkodzeń lub odrostu roślin. Skala 9°.
Podział ze względu na sposób oceny uszkodzeń
![Page 17: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/17.jpg)
Bezpośrednia ocena mrozoodporności
• Ocena wypływu elektrolitów (można mrozić fragmenty roślin).
• Ocena stopnia uszkodzeń aparatu fotosyntetycznego przy użyciu pomiarów fluorescencji chlorofilu (można mrozić fragmenty roślin)
• Test tetrazolinowy (głównie in vitro lub fragmenty roślin)
Podział ze względu na sposób oceny uszkodzeń
![Page 18: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/18.jpg)
Skala odrostu traw (Larsen 1972)
![Page 19: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/19.jpg)
Pośrednie kryteria mrozoodporności
• zawartość cukrów rozpuszczalnych - Levitt 1956 - pszenica, żyto, lucerna
• aktywność grup SH (test nitroprusydkowy) Bruckmann, Werthelm 1954 - pszenica, jęczmień
• zawartość związków redukujących (miareczkowanie askorblnlanu) Schmutz 1969 - zboża
• lepkość plazmy - Muller 1959• zawartość wody związanej - Levitt 1956
![Page 20: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/20.jpg)
Pośrednie kryteria mrozoodporności
• przewodnictwo elektryczne soku komórkowego - Wllner 1960
• aktywność amonloliazy-L –fenyloalanlny - Parra 1990 – rzepak
• ocena przeżycia kalusa na pożywkach selekcjonujących (np. bogatych w hydroksyprolinę, Dörffling 1990)
![Page 21: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/21.jpg)
Pośrednie kryteria mrozoodporności
Żadne z nich nie znalazło zastosowania w hodowli – są zbyt drogie i niepewne.
• Stopień aklimacji aparatu fotosyntetycznego do chłodu (u zbóż i rzepaku ozimego – aktywność fotosyntetyczna) – Öquist 1944 – akumulacja s.m. jesienią, Rapacz 2005 – fluorescencja chlorofilu jesienią (metoda tania i przez to perspektywiczna)
![Page 22: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/22.jpg)
Markery molekularne• Klasyczne: duży problem – mrozoodporność ZMIENIA SIĘ
SEZONOWO więc nie zależy od obecności genów lecz stopnia ich ekspresji
• Ale z tego wynika, że można używać do selekcji negatywnej (jak genu nie ma to nie może podlegać ekspresji)
• Inny problem to poligeniczność: dużo QTLi• Jedyna możliwość: szukanie w regionach sterujących lub w
specyficznych wypadkach (przenosimy mrozoodporność na drodze krzyżowań jednocześnie wprowadzając geny markerujące o bliskich QTL lub jeżeli istnieją lub są przenoszone geny konstytutywne ułatwiające przebieg hartowania)
• Ekspresyjne: perspektywiczne, szczególnie jeśli weźmie się pod uwagę czynniki transkrypcyjne sterujące hartowaniem
![Page 23: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/23.jpg)
Markery mrozoodporności u jęczmienia (Rapacz, Tyrka, Gut 2006). Polimorfizm DNA dla wybranych oznaczeń wysoko skorelowanych z reakcją tolerancji na mróz (ocena metodą
polowo-laboratoryjną w 2005 roku). Kolorem białym oznaczono markery skorelowane również z wynikami oceny fluorescencyjnej. Na żółto markery skorelowane ze stopniem
aklimacji aparatu fotosyntetycznego.
PO
A 4
044/
94/1
PO
A 4
027/
94
Car
ola
PO
A 4
584/
95
PO
A 3
941/
94
PO
A 4
751/
98
PO
A 3
455/
92
PO
A 4
006/
94/1
PO
A 4
746/
98/4
PO
A 4
784/
98
przeżywalność (%)
75,5
76,7
40,1
70,6
50,2
49,1
45,9
51,8
75,8
53,2
Oznaczenie 1 3 5 6 7 8 9 10 11 12
Korelacja
1_24 Psr115_R+L_1200 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0,529 1_38_ag Wg644_2_R+L_1200 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0,643 2_11_ag vrn_c_f_39+vrn_c_r_159_700 0 0 1 1 1 1 1 1 -0,631 2_12_H vrd11f_45+vrd11r_201_390 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0,594 2_22_H Mwg914_R+L_800 0 0 0 0 1 1 1 0 -0,632 2_25_B CBF1_R+L_380 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 -0,737 2_25_B CBF1_R+L_270 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 -0,551 3_1_pion barc151_R+L_f 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 -0,534 3_1_pion barc151_R+L_d 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0,534 3_14_pion wmc475_R+L_c 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 -0,513 3_17_pion wmc630_R+L_ 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0,531 3_18 gwm186 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 -0,594 3_21 wmc215_3 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0,725 3_25_pion wmc95_R+L_ 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0,545 3_25_pion wmc95_R+L_ 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 -0,643 3_25_pion wmc95_R+L_ 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0,643
![Page 24: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/24.jpg)
Aby się zahartować na mróz rośliny muszą zahamować wzrost wydłużeniowy
• Jest to proces w sposób konkurencyjny dla hartowania zużywający energię
• Wzrost zwiększa zawartość wody w komórkach (co utrudnia hartowanie)
• Rośliny nie „chowają się pod śniegiem”• Ekspresja genów związana ze wzrostem organów
generatywnych hamuje ekspresję genów corPrzełączanie 2 strategii: wzrost i rozwój – przetrwanie
zimy
![Page 25: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/25.jpg)
Jak hamowany jest wzrost?
• To zależy od przyjętej strategii: hamowanie jest albo całkowite (strategia supercooling – zachodzi równocześnie z hartowaniem) albo częściowe (strategia tolerancji – zachodzi w etapie prehartowania)
![Page 26: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/26.jpg)
Strategie hartowania na mróz
• Strategia indukowanego unikania stresów – SUPERCOOLING (tkanki u tych roślin nigdy nie zamarzają)
• Strategia indukowanej tolerancji stresu – NON-SUPERCOOLING (lód powstaje w tkankach ale roślina umie to tolerować)
• Oczywiście w wielu przypadkach obydwie strategie występują u tych samych gatunków
![Page 27: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/27.jpg)
Strategia indukowanego unikania stresów zimowych
• Jest ona ewolucyjnie starsza, nazywa się ją też strategią przechłodzenia a towarzyszące zwiększanie odporności na stres świetlny i stresy dehydratacyjne polega na typowej ucieczce poprzez pozbycie się aparatu fotosyntetycznego a co za tym idzie powierzchni transpiracyjnej poprzez zrzucanie liści. Strategie tą obserwujemy u drzew, krzewów i krzewinek klimatu umiarkowanego i zimnego.
![Page 28: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/28.jpg)
Strategia indukowanego unikania stresów zimowych
• Jak to było? Ewolucja okrytonasiennych w klimacie w którym występują zimy początkowo „umieściła” rośliny o dużym udziale silnie zdrewniałych, a więc zawierających mało wody tkanek mechanicznych w łodygach i zrzucających liście. Rośliny zielne, zimujące, mogły pojawić się dopiero wraz z wykształceniem drugiego z wymienionych mechanizmów.
![Page 29: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/29.jpg)
Strategia indukowanego unikania stresów zimowych
• Przebieg hartowaniaBodźcem dla rozpoczęcia hartowania jest skracający się dzień
(ale działa też chłód i przymrozki). Długość krytyczna zależy od geograficznego pochodzenia ekotypu i jest dłuższa u form północnych.
- Transgeniczna topola (hybrid aspen) z nadekspresją genu fitochromu A nie hartuje się: nie hamuje wzrostu, nie zrzuca liści, nie indukuje spoczynku pąków, chociaż ma obniżony poziom GA i auksyn to nie zmniejsza ilości GA na krótkim dniu. Działaniem inhibitora giberelin (paklobutrazolem) można zahamować (ale tylko częściowo) negatywne efekty u transgenu.
![Page 30: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/30.jpg)
![Page 31: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/31.jpg)
Strategia indukowanego unikania stresów zimowych
• Przebieg hartowania- Czyszczenie wody w ksylemie co umożliwia jej
przechłodzenie nawet do około -50°C.- Akumulacja asymilatów wyprowadzanych z liści we
floemie- Rozmieszczanie w tkankach przewodzących białek
przeciwzamarzaniowych- Indukowanie spoczynku pąków, ochrona ich przez
odwadnianie, akumulację asymilatów, białek przeciwzamarzaniowych i okrywanie tkankami martwymi co zabezpiecza przed gwałtownymi spadkami temperatury
- Zrzucanie liści (obrona przed stresami dehydratacyjnymi i stresem świetlnym)
![Page 32: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/32.jpg)
Nabywanie i utrata odporności na mróz u Robinia pseudoaccacia (wg. Guy 1990)
![Page 33: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/33.jpg)
Zmiany odporności jabłoni w ciągu zimy
![Page 34: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/34.jpg)
Strategie pośrednie – drzewa i krzewy wieczniezielone
• Szpilkowe- Postępują jak zrzucające liście, ale:
- ich aparat fotosyntetyczny aklimuje się do stresu świetlnego- nie muszą zabezpieczać szpilek przed dehydratacją bo ich
kseromorfizm jest wystarczający, - wiązki przewodzące w szpilkach zabezpieczane są jak w pniach,
ponieważ nie ma przestworów międzykomórkowych to woda nie ma gdzie zamarzać, komórki miękiszu są napakowane asymilatami.
• Liściaste– Można u nich zaobserwować mechanizm supercoolingu
(łodygi) i mechanizm tolerancji (liście). Taka mieszanka nie jest jednak najszczęśliwszym rozwiązaniem i rośliny te nie mają wysokiej mrozoodporności.
![Page 35: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/35.jpg)
Strategia indukowanej tolerancji
• Proces hartowania prowadzi w tym przypadku do przesunięcia miejsca zamarzania wody z wnętrza komórki do przestworów międzykomórkowych
![Page 36: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/36.jpg)
Pozakomórkowe (2) i wewnątrzkomórkowe (1) zamarzanie wody (wg. Li i Palta 1978, w: Li, Sakai „Plant cold hardiness and freezing stress”)
![Page 37: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/37.jpg)
• Zamarzanie wody we wnętrzu komórki zawsze prowadzi do jej śmierci
• Zamarzanie poza komórką nie musi (ale może) komórki zabić
• Wnętrze komórki można bezpiecznie dla jej życia zamrozić jedynie przy bardzo szybkim spadku temperatury (100 K/min). Dochodzi wtedy do zeszklenia protoplastu – nie tworzą się duże kryształy lodu (witryfikacja).
![Page 38: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/38.jpg)
Przebieg hartowania w strategii indukowanej tolerancji
• Prehartowanie, temperatura <15°C w czasie dni słonecznych, <10°C w czasie dni pochmurnych, niekiedy wymagany krótki dzień
• Faza I: 0-8°C, wymagane światło• Faza Ib: okresowo działające temperatury ujemne (w
nocy) – wzmaga indukujące zaburzenia w gospodarce wodnej
• Faza II – temperatury ujemne (ciągle działające) – fizyczna dehydratacja protoplastu, światło niewymagane
![Page 39: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/39.jpg)
Etapy hartowania i temperatury w okresie jesiennym, zaznaczono termin siewu i wschodów rzepaku ozimego
![Page 40: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/40.jpg)
Prehartowanie
• Hamowanie wzrostu wydłużeniowego• Aklimacja aparatu fotosyntetycznego do niskiej
temperatury (mechanizm zależny generalnie od strategii gromadzenia asymilatów)
• Stopień mrozoodporności nie wzrasta zauważalnie, jednak prehartowanie umożliwia pełne zahartowanie roślin w kolejnych etapach
![Page 41: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/41.jpg)
Prehartowanie - sygnał
• Wzrost stopnia redukcji PSII• Zapewne też fotoperiod
![Page 42: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/42.jpg)
Prehartowanie rzepaku ozimego w warunkach wzrostu redukujących PSII
• Kompaktowa morfologia roślin – wzrost zawartości ABA i spadek ilości giberelin
20/12°C (dzień/noc) 12/20°C (dzień/noc)
![Page 43: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/43.jpg)
Potencjalna możliwość uwalniana ABA w warunkach zredukowanego PSII
Rysunek przedstawia mechanizm pułapkowania ABA w chloroplastach, przy zbyt dużym, nierozładowywanym gradiencie protonów w poprzek tylakoidu ABA może być uwalniane z tej swoistej pułaki
![Page 44: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/44.jpg)
Prehartowanie
• Geny hamowane przez gibereliny mogą zawierać elementy odpowiadające na ABA (Thomas i Sun 2004).
• Przy braku GA indukowana jest ekspresja ABA, a gdy się one pojawią jest ona hamowana, wynika to stąd, że białka DELLA biorące udział w przekazywaniu sygnału giberelin (pojawienie się giberelin indukuje ich proteolizę) stymulują gen XERICO aktywujący biosyntezę ABA. ABA z kolei hamuje aktywność niektórych genów zaangażowanych w biosyntezę GA (Zentella et al. Plant Cell.2007; 19: 3037-3057).
![Page 45: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/45.jpg)
Właściwe hartowanie na mróz
W odróżnieniu od prehartowania stopień mrozoodporności zaczyna tu stopniowo wzrastać
![Page 46: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/46.jpg)
Strategia tolerancji zamarzania –sezonowe zmiany stopnia aklimacji
• Zmiany odporności rzepaku ozimego (wg. Kacperska-Palacz, 1978)
![Page 47: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/47.jpg)
Długość okresu hartowania
• Do pełnego zahartowania roślin wystarczają zwykle 3-4 tygodnie w temperaturze +2-5°C,
• Do dohartowania do maksymalnego poziomu roślin hartowanych w wyższych temperaturach wystarczy już około 5 dni w +2°C
![Page 48: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/48.jpg)
Hartowanie na mróz - zależność od temperatury i podatność tkanek
![Page 49: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/49.jpg)
Hartowanie na mróz - zależność od temperatury i podatność tkanek
• Na mróz nie są się w stanie hartować nie tylko główne wierzchołki wzrostu niektórych traw (Lolium), ale też korzenie (nie jest to im potrzebne)
• U traw hartują się boczne wierzchołki wzrostu (bo są „podłączone” do liści)
![Page 50: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/50.jpg)
Podstawowe kierunki zmian metabolicznych
podczas hartowania na mróz – zmiany są
odpowiedzią na zagrożenia związane z działaniem niskiej
temperatury i zamarzaniem
![Page 51: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/51.jpg)
Białka przeciwzamarzaniowe
Zwierzęce: AGFP, AFP typ.I., typ.II, typ.III, typ.IV (http://www.afprotein.com/table.htm). Izolowane gównie z ryb antarktycznych lub owadów.
![Page 52: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/52.jpg)
Mechanizm hamowania wzrostu kryształów lodu przez białka AFP
A tak to wygląda pod mikroskopem - wpływ ekstraktów z apoplastu żyta w zależności od długości hartowania w 2C na kształt kryształów lodu in vitro.
![Page 53: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/53.jpg)
Kryształy lodu tworzące się przy braku (z lewej) i w obecności białek AFP, typ III (z prawej)
![Page 54: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/54.jpg)
Białka przeciwzamarzaniowe
Roślinne: wykazują niewielką aktywność w stosunku do obniżania temperatury krystalizacji (o około 1,5°C, gdy zwierzęce nawet o 6°C). Przypuszcza się, że pełnią one raczej rolę ochronną przed tworzeniem się lodu w specyficznych regionach komórki (w pobliżu białek i błon) lub/i zmieniają kształt i rozmiar kryształów lodu, tak, żeby zminimalizować uszkodzenia mechaniczne.
![Page 55: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/55.jpg)
Strukturalny model białka przeciwzamarzaniowego z Lolium perenne
![Page 56: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/56.jpg)
Osmoprotektanty – gromadzone też w czasie suszy
![Page 57: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/57.jpg)
Rozhartowywanie
• Jest szybsze od hartowania,• Nieodwracalne, jeśli rozpocznie się intensywny
wzrost wydłużeniowy (cofnie się spoczynek w strategii supercooling lub efekty prehartowania w strategii tolerancji)
• Czynniki: temperatura, stan redoks PSII, fotoperiod (ważniejszy dla strategii supercooling – przerywa spoczynek pąków i indukujący rozwój generatywny, np.. U rzepaku)
![Page 58: Zimotrwalosc I Mrozoodpornosc](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070317/556d6d80d8b42acd0a8b4933/html5/thumbnails/58.jpg)
Hartowanie, rozhartowywanie i ponowne hartowanie rzepaku ozimego,
niezwernalizowanego (A) i jarego (B)