Bir bitkinin strese girmesine ne neden olur hiç düşündünüz mü? Bu sorunun cevabı nasıl insanlardaki stresin kaynağı insanlarda çevresel, hastalığa veya hasara neden olabilecek canlı organizmalarsa bitkilerde de aynı durum söz konusudur. Bu yazıda bitkilerde görülen stres nedir ve nedenleri nelerdir onlarla ilgili bilgiler bulunmaktadır.
Bitkilerde Stres Nedir?
Bitkiler, tarımsal ürünlerin verimliliğini azaltan ve sınırlayan çok çeşitli çevresel streslere maruz kalmaktadır. Bitkilerde abiyotik stres ve biyotik stres olarak kategorize edilebilen iki tür çevresel stresle karşılaşılmaktadır. Abiyotik stres, dünya çapında büyük mahsul bitkilerinin kaybına neden olur ve radyasyon, tuzluluk, sel, kuraklık, aşırı sıcaklık, ağır metaller, vb. İçerir. Öte yandan, mantarlar, bakteriler, oomisetler, nematodlar ve otoburlar gibi çeşitli patojenlerin saldırıları biyotik streslere dâhildir. Bitkiler doğada sesimsiz olduklarından, bu çevresel ipuçlarından kaçma seçenekleri yoktur. Bitkiler bu biyotik ve abiyotik stres tehditlerinin üstesinden gelmek için çeşitli mekanizmalar geliştirmiştir. Dış stres ortamını algılarlar, uyarılır ve sonra uygun hücresel tepkiler üretir. Bunu, hücre yüzeyi veya sitoplazmada bulunan sensörlerden alınan ve çekirdeğe yerleştirilen transkripsiyonel makineye çeşitli sinyal iletim yollarının yardımıyla aktarılan uyaranlarla yaparlar.
Bu, bitkinin strese karşı toleranslı olmasını sağlayan transkripsiyonel transkripsiyonel değişikliklere yol açmaktadır. Sinyalleşme yolları bir bağlantı bağı görevi görür ve stres ortamını algılamak ve uygun bir biyokimyasal ve fizyolojik tepki üretmek arasında önemli bir rol oynar. Bu, bitkinin strese karşı toleranslı olmasını sağlayan transkripsiyonel transkripsiyonel değişikliklere yol açmaktadır. Sinyalleşme yolları bir bağlantı bağı görevi görür ve stres ortamını algılamak ve uygun bir biyokimyasal ve fizyolojik tepki üretmek arasında önemli bir rol oynar. Bu, bitkinin strese karşı toleranslı olmasını sağlayan transkripsiyonel değişikliklere yol açmaktadır. Sinyalleşme yolları bir bağlantı bağı görevi görür ve stres ortamını algılamak ve uygun bir biyokimyasal ve fizyolojik tepki üretmek arasında önemli bir rol oynamaktadır.
Stres Nedenleri
Su Stresi
Su stresi bitkileri etkileyen en önemli abiyotik streslerden biridir. Bir bitki, optimal hayatta kalması için belirli bir miktarda suya ihtiyaç duyar; çok fazla su (sel baskısı) bitki hücrelerinin şişmesine ve patlamasına neden olabilir; kuraklık stresi (çok az su) bitkinin kurumasına neden olabilir, bu da kuruma denir. Her iki durum da bitki için ölümcül olabilir.
Sıcaklık Stresi
Sıcaklık stresleri bir bitki üzerinde tahribat yaratabilir. Herhangi bir canlı organizmada olduğu gibi, bir bitki de büyüdüğü ve en iyi performansı sergilediği optimal bir sıcaklık aralığına sahiptir. Sıcaklık bitki için çok soğuksa, soğutma stresi olarak da adlandırılan soğuk stresine yol açabilir. Aşırı soğuk stres formları donma stresine yol açabilir. Soğuk sıcaklıklar, su ve besin maddelerinin alım miktarını ve oranını etkileyerek hücre kurumasına ve açlığa neden olabilir. Aşırı soğuk koşullar altında, hücre sıvıları dondurularak bitki ölümüne neden olabilir.
Sıcak hava bitkileri de olumsuz etkileyebilir. Yoğun ısı, denatürasyon adı verilen bir süreç olan bitki hücre proteinlerinin parçalanmasına neden olabilir. Hücre duvarları ve zarları da aşırı yüksek sıcaklıklarda eriyebilir ve zarların geçirgenliği etkilenir.
Diğer Abiyotik Stresler
Diğer abiyotik stresler daha az belirgindir, ancak aynı derecede ölümcül olabilir. Sonunda, çoğu abiyotik stres, bitki hücrelerini su stresi ve sıcaklık stresi ile aynı şekilde etkilemektedir. Rüzgar stresi ya doğrudan kuvvetle bitkiye zarar verebilir veya, rüzgar yaprak stoması yoluyla suyun terlemesini etkileyebilir ve kurumaya neden olabilir. Bitkilerin doğrudan yangınlarla yakılması, hücre yapısının erime veya denatürasyon yoluyla parçalanmasına neden olacaktır.
Tarım sistemlerinde, fazla ya da eksik olarak gübre ve böcek ilacı gibi zirai kimyasalların eklenmesi bitkiye abiyotik strese neden olabilir. Bitki beslenme dengesizliğinden veya toksisiteden etkilenir. Bir bitki tarafından alınan yüksek miktarda tuz, bitki hücresinin dışındaki yüksek tuz seviyeleri suyun ozmoz adı verilen bir hücreden çıkmasına neden olacağından hücre kurumasına neden olabilir . Ağır metallerin bitki alımı, uygun olmayan şekilde kombine edilmiş kanalizasyon çamuru ile döllenmiş topraklarda büyüdüğünde ortaya çıkabilir. Bitkilerdeki yüksek ağır metal içeriği, fotosentez gibi temel fizyolojik ve biyokimyasal aktivitelerle komplikasyonlara yol açabilir.
Biyotik Stresler
Biyotik stresler, bakteriler, mantarlar, yabani otlar ve böcekler dahil olmak üzere canlı organizmalar kanalıyla bitkilere zarar vermektedir. Virüsler, canlı organizmalar olarak kabul edilmemelerine rağmen, bitkiler üzerinde biyotik strese neden olurlar.
Mantarlar bitkilerde diğer biyotik stres faktörlerinden daha fazla hastalığa neden olur. Üzeri 8.000 mantar türlerinin neden bitki hastalığı bilinmektedir. Öte yandan, Ohio State University Extension yayınına göre, sadece yaklaşık 14 bakteri türü bitkilerde ekonomik açıdan önemli hastalıklara neden olmaktadır. Pek çok bitki patojenik virüsü yoktur, ancak yayınlanan tahminlere göre dünya çapında mantarlar kadar neredeyse ürün hasarına neden olacak kadar ciddidirler Mikroorganizmalar bitki solmasına, yaprak lekelerine, kök çürümesine veya tohum hasarına neden olabilir. Böcekler, yapraklar, gövde, ağaç kabuğu ve çiçekler dahil olmak üzere bitkilerde ciddi fiziksel hasara neden olabilir. Böcekler ayrıca enfekte olmuş bitkilerden sağlıklı bitkilere virüs ve bakterilerin bir vektörü olarak da hareket edebilir.
İstenmeyen ve kârsız bitkiler olarak kabul edilen yabani otların, mahsuller veya çiçekler gibi arzu edilen bitkilerin büyümesini engelleme yöntemi, doğrudan hasarla değil, uzay ve besin maddeleri için arzu edilen bitkilerle rekabet ederek olur. Yabani otlar hızlı bir şekilde büyüdüğü ve bol miktarda canlı tohum ürettiği için, çevreye bazı arzu edilen bitkilerden daha hızlı hükmedebilirler.
Poliamin: Streslere Bitki Tepkisi
Doğada hareketsiz olan bitkiler, uygun fizyolojik, gelişimsel ve biyokimyasal değişikliklerle çevrede sürekli dalgalanmalar yaşamak zorundadır. Mahsul bitkilerinde % 50’den fazla azalma, ürün kaybının ana nedeni olan dünya çapında abiyotik stresler nedeniyle ortaya çıkmaktadır. Streslere karşı koymak için, bitkiler geniş bir savunma mekanizmaları seti ile donatılmıştır. Farklı uyumlu çözünen sınıfları arasında, poliaminler aşırı çevresel strese karşı en etkili olanlardan biridir. Poliaminler, fizyolojik pH’da pozitif yüklü düşük moleküler ağırlıklı alifatik azot bileşikleridir. Moleküler düzeyde bitki poliaminleri üzerinde yapılan araştırmalar, poliamin biyosentetik enzimlerini kodlayan bir takım genlerin çeşitli bitki türlerinden izole edilmesine yol açmıştır. Son yıllarda, poliaminlerin biyosentezinde yer alan enzim aktivitesi olmayan veya değişmeyen mutantlar ve transgenik bitkiler ile yapılan moleküler ve genomik çalışmalar, poliaminlerin biyolojik fonksiyonlarının bitkilerdeki daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunmuştur.
Abiyotik Streslere Poliamin ve Bitki Tepkisi
Hücresel poliaminlerde stres kaynaklı değişiklikler, stres üzerindeki olası etkileri hakkında ipuçları sağlamaktadır, ancak strese karşı koymada rolleri hakkında kanıt sağlamaz. Endojen poliamin seviyeleri, stres öncesinde veya sırasında denenen eksojen poliaminlerin uygulanmasıyla arttırılabilir. Poliaminlerin ekzojen uygulaması bitki hücre zarı bütünlüğünü koruyabilir, stresin neden olduğu büyüme inhibisyonunu en aza indirebilir, ozmotik olarak duyarlı genlerin orta düzeyde ekspresyonunu ve antioksidan enzimlerin aktivitelerini artırabilir. Başka bir yaklaşımda, biyosentez inhibitörleri ile tedavi, strese duyarlı fenotipler ile sonuçlanan endojen poliamini azaltabilir. Bununla birlikte, bu etki eksojen poliaminin birlikte uygulanmasıyla tersine çevrilir. Stres cevabında poliamin metabolizmasının biyolojik fonksiyonlarını analiz etmek için kullanılan bir diğer genetik yaklaşım poliamin biyosentezinde eksik mutant kullanımıdır.
Biyotik Streslere Poliamin ve Bitki Tepkisi
Poliamin metabolizmasının, fungal, viral patojenler ve mikoriza ile etkileşime giren bitkilerdeki içgörü değişikliklerine yanıt veren bitki hücrelerinde bozulmaya başladığı bilinmektedir. Hem bitkilerde hem de patojenik mantarlarda mevcut olduğu için enfekte olmuş organlarda poliamin birikiminin katkısını tanımlamak zordur. Poliamin biyosentezinin spesifik inhibisyonu ile mantar bitki hastalıklarının kontrol olasılığı en heyecan verici ve gelişime ulaşmak için en etkili olandır.
Önümüzdeki 50–100 yıl içinde dünya sıcaklığının 3-5 °C artması beklenmektedir. Sıcaklıkta ve düzensiz yağışlarda sürekli bir artış olduğu için sel ve kuraklık değişiklikleri her zaman dikkate alınmaktadır. Aşırı gübreler, uygun olmayan sulama ve metal kaynaklarının kullanılması gibi antropojenik faaliyetler büyük ölçüde tuz stresine yol açabilir. Bu koşullar altında, bitkiler muhtemelen daha sık, aynı zamanda hem biyotik hem de abiyotik streslerle karşılaşacaktır. Gıda güvenliğini ve çiftçilere güvenliği sağlamak için strese dayanıklı çeşitler geliştirmek bitki yetiştiricilerinin görevidir. Farklı stres koşullarından korunmalarını sağlamak amacıyla bitkilerde mekanizmalar geliştirmek için genetik düzeyde moleküler çalışmalar yapılacaktır.
Kaynakça:
https://www.researchgate.net/publication/336535346_Biotic_and_Abiotic_Stresses_in_Plants
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu