Dựa trên các báo cáo khoa học, các cơ chế hoạt động của cây khi chịu tác động của nhiệt độ cao, hạn hán và stress do muối có thể được tóm tắt như sau:
Cơ chế stress do nhiệt độ cao
- Phản ứng sinh lý: Nhiệt độ cao dẫn đến những thay đổi sinh lý trong cây, bao gồm giảm quang hợp, thay đổi tỷ lệ thoát hơi nước và suy giảm khả năng vận chuyển dinh dưỡng. Chẳng hạn, stress nhiệt có thể làm hỏng các lạp thể và hệ thống vận chuyển điện tử ti thể, tạo ra các gốc oxy phản ứng (ROS) gây hại cho các thành phần tế bào và làm gián đoạn các quá trình chuyển hóa.
- Phản ứng phân tử và sinh hóa: Cây phản ứng với stress nhiệt thông qua các con đường phân tử khác nhau. Các thành phần chính bao gồm:
- Protein sốc nhiệt (HSPs): Những protein này giúp bảo vệ các protein khác khỏi bị biến tính do nhiệt.
- Tín hiệu canxi: Nhiệt độ cao kích thích sự xâm nhập của canxi vào tế bào, kích hoạt các kinase protein phụ thuộc canxi (CDPKs) và các kinase được kích hoạt bởi tác nhân truyền tín hiệu (MAPKs), từ đó khởi động sự biểu hiện gen phản ứng với stress.
- Điều hòa hormone: Các hormone như axit abscisic (ABA) đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa phản ứng của cây đối với stress nhiệt bằng cách điều chỉnh sự đóng mở khí khổng và thúc đẩy điều chỉnh thẩm thấu.
- Cơ chế thích ứng: Cây sử dụng cả chiến lược tránh né và chịu đựng:
- Cơ chế tránh né: Bao gồm các thay đổi hình thái như định hướng lá để giảm thiểu ánh sáng mặt trời và tăng tỷ lệ thoát hơi nước để làm mát.
- Cơ chế chịu đựng: Chịu đựng liên quan đến các thích nghi sinh hóa như tích lũy các chất bảo vệ thẩm thấu (ví dụ: proline) và các chất chống oxy hóa giúp giảm thiểu tổn thương oxi hóa do ROS gây ra.
Cơ chế stress do hạn hán
- Hiệu quả sử dụng nước: Stress hạn hán dẫn đến giảm khả năng cung cấp nước, khiến cây phải nâng cao hiệu quả sử dụng nước thông qua điều chỉnh khí khổng. Điều này bao gồm việc đóng khí khổng để giảm thoát hơi nước và bảo tồn nước.
- Điều chỉnh thẩm thấu: Sự tích lũy các chất tan tương thích như proline giúp duy trì áp suất turgor tế bào trong điều kiện hạn hán, cho phép cây tiếp tục các quá trình sinh lý mặc dù mất nước.
- Thay đổi biểu hiện gen: Hạn hán kích hoạt sự biểu hiện gen đặc hiệu liên quan đến phản ứng stress, bao gồm các gen liên quan đến điều chỉnh thẩm thấu, sản xuất chất chống oxy hóa và tổng hợp protein bảo vệ.
Cơ chế stress do muối
- Cân bằng ion: Stress do muối làm rối loạn cân bằng ion trong cây bằng cách tăng nồng độ natri (Na+) trong khi giảm nồng độ kali (K+), điều này có thể gây độc. Cây phản ứng bằng cách kích hoạt các bơm ion giúp thu giữ Na+ trong không bào hoặc đào thải nó ra khỏi tế bào.
- Phản ứng stress thẩm thấu: Tương tự như stress do hạn hán, muối dẫn đến stress thẩm thấu. Cây tích lũy các chất bảo vệ thẩm thấu như glycine betaine và proline để chống lại các tác động thẩm thấu của nồng độ muối cao.
- Hệ thống phòng thủ chống oxy hóa: Stress oxy hóa do muối gây ra từ sự tích lũy ROS. Cây tăng cường hệ thống phòng thủ chống oxy hóa của mình bằng cách tăng hoạt động của các enzyme như superoxide dismutase (SOD) và catalase (CAT) để giảm thiểu tổn thương oxi hóa.
Tóm lại, cây thể hiện sự tương tác phức tạp giữa các phản ứng sinh lý, phân tử và sinh hóa khi chịu tác động của nhiệt độ cao, hạn hán và stress do muối. Các cơ chế này bao gồm sự thay đổi trong biểu hiện gen, điều hòa hormone, điều chỉnh thẩm thấu và kích hoạt các protein bảo vệ và chất chống oxy hóa. Hiểu biết về các phản ứng này là rất quan trọng để phát triển các giống cây trồng có khả năng chống chịu trước những thách thức do biến đổi khí hậu gây ra và sử dụng đúng các Axit Amin để hỗ trợ cây trồng.
Nguồn: Seiko Jsc tổng hợp từ các báo cáo:
- Plant Responses and Tolerance to High Temperature Stress: Role of Exogenous Phytoprotectants
- Plant responses to high temperature and drought: A bibliometrics analysis
- Plant Responses to Heat Stress
- Physiological and transcriptomic analyses characterized high temperature stress response mechanisms in Sorbus pohuashanensis
- Plant tolerance to high temperature in a changing environment: scientific fundamentals and production of heat stress-tolerant crops
….
HaifaStim eNergy cung cấp các Axit Amin: proline, glycine và hydroxyproline đóng vai trò quan trọng trong việc giúp cây phản ứng nhanh chóng với hạn hán, độ mặn và stress nhiệt. Mời bạn đón theo dõi Phần 2 để hiểu rõ hơn, sâu hơn về cơ chế hoạt động này cây trồng.
