Rásť alebo nerásť

Rastliny žijú v prostredí, kde sú často vystavené rôznym stresovým faktorom. Keďže sú nepohyblivé, majú vyvinuté špecifické mechanizmy umožňujúce presne rozpoznať mieru stresu. Následne môžu reagovať týmito mechanizmami tak, aby minimalizovali negatívny dosah stresu na organizmus, mohli sa vyvíjať a rozmnožovať.

Stres je súčasťou nášho života, či sa nám to páči alebo nie. Spôsobujú ho nepriaznivé faktory vybočujúce z normálnych podmienok a na každý živý organizmus kladú zvýšené nároky. U človeka spôsobuje stres zmeny, ktoré sa prejavujú na rôznych úrovniach od psychickej až po fyzickú, s rôznou dĺžkou trvania. Postoj človeka k stresu určuje jeho vplyv na organizmus. Hans Selye (1907 – 1982), kanadský endokrinológ, chemik a otec moderného výskumu stresu, ktorý tento pojem ako prvý definoval v roku 1938, zastával názor, že stres je hnací mechanizmus života a bez stresu nie je organizmus schopný žiť a vyvíjať sa. Na druhej strane, dlhotrvajúce pôsobenie stresu s neprimeranou odozvou organizmu prináša rôzne následky od jednoduchších nepríjemností psychického a fyzického charakteru, ako sú bolesť hlavy, stavy úzkosti a vyčerpania až po vážne choroby (napríklad srdcovo-cievne a onkologické), ktorých príčinou je starnutie buniek vplyvom dlhotrvajúceho stresu.

Lenticely v periderme brezy. Nahromadené tenkostenné bunky slúžia na prevetrávanie vnútorných pletív, ktoré sa na zimu uzatvárajú korkovou zátkou. Pozorujeme ich taktiež na povrchu hľúz zemiakov, plodov jabloní a všeobecne najčastejšie pri druhoch rodu Rosa a Rubus.

Najčastejšie stresory

Stres je v ľudskej populácii veľmi často skloňované slovo, rovnako však postihuje aj rastliny. Rastliny sú imobilné a ich rast a vývin je úplne závislý od vonkajšieho prostredia. Počas svojho života nezvyknú rásť v optimálnych podmienkach, ich vývoj musí byť preto flexibilný a prispôsobivý meniacim sa podmienkam prostredia. Za stres pre rastlinu sa preto považujú zmeny, ktoré majú vplyv na biochemické a fyziologické procesy v rastline a v konečnom dôsledku môžu spôsobiť jej poškodenie až smrť. Rastliny vo všeobecnosti (vyššie i nižšie) majú obrovskú schopnosť adaptovať sa na extrémne podmienky prostredia a vyskytujú sa vo väčšine ekosystémov planéty, dokonca aj v extrémnych podmienkach. Niektoré trávy a kvitnúce rastliny sa vyskytujú na Antarktickom polostrove. Iné extrémofilné rastliny sú adaptované na mimoriadne horúce a suché podmienky púští. Morské trávy rastú v morskom prostredí s nízkou intenzitou svetla, vysokou salinitou a nedostatkom kyslíka. Za adaptáciou rastlín na takéto hraničné podmienky prostredia je dlhotrvajúci komplex zmien na povrchu i vo vnútri rastliny, ktorý účinne pomáha rastline bojovať so stresom. Medzi abiotické stresory vonkajšieho prostredia radíme množstvo klimatických faktorov, ktoré sú účinné v atmosfére a v pôde: napríklad stres z vysokej alebo nízkej radiácie, príliš vysoké alebo nízke teploty, nedostatočné zrážky a sucho. V pôde môžu byť rastliny ovplyvnené vysokou koncentráciou solí a minerálov alebo, naopak, ich nedostatkom. Medzi abiotické faktory patrí mechanické pôsobenie vetra, snehu a ľadu alebo nedostatok či nadbytok plynov v životnom prostredí rastlín, najmä kyslíka. Biotické stresory sú reprezentované hlavne škodcami ako huby, baktérie a hmyz, konkurenčným tlakom iných rastlín (hlavne buriny v prípade kultúrnych plodín) a antropogénnymi činiteľmi, teda zásahmi človeka. Medzi biotické formy stresu rastlín zaraďujeme aj bylinožravce.

Poľnohospodárske plodiny

Už od počiatku poľnohospodárstva sa človek snažil získať kontrolu nad rastom rastlín, ktoré potreboval na svoje prežitie. Prekážkou neraz boli nevhodné klimatické podmienky, v dôsledku ktorých začal migrovať. V súčasnosti sa využívajú na kontrolu rastu poľnohospodárskych plodín a ich ochranu pred nepriaznivými podmienkami prostredia metódy genetického inžinierstva a regulácia rastu rastlín pomocou rastových (najčastejšie hormonálnych) regulátorov. Podľa odhadov dôjde do roku 2050 k nárastu svetovej populácie o 50 %. S tým bude súvisieť aj dopyt po potravinách a vysokých úrodách poľnohospodárskych plodín. Jednou z možností ako to dosiahnuť je poľnohospodárstvo odolné proti stresu, teda pestovanie odolných rastlín a využívanie efektívnych agronomických postupov. Neustále je tu však hrozba straty úrod v súvislosti s extrémnym a často nepredvídateľným počasím. Dokáže sa teda rastlina chrániť? Aké sú mechanizmy, ktorými sa rastlina môže brániť pred stresom z vonkajšieho prostredia?

Obrana rastlín

Na to, aby rastlina mohla byť bez stresu, je potrebné, aby ho čo najrýchlejšie rozpoznala, následne využila svoje obranné mechanizmy na jeho minimalizáciu až elimináciu a prispôsobila sa. Reakcia organizmu na stres závisí od vytvorenia tzv. obranného štítu prostredníctvom obranných mechanizmov. Protistresové opatrenia rastlín sa delia na tri typy: evolučné, ontogenetické a modulačné. Genetická (evolučná) adaptácia je daná prírodným výberom a je to stála, dlhodobá zmena vplyvom dlhotrvajúceho pôsobenia vonkajšieho prostredia. Ide o genetické uspôsobenie rastlín, ktoré im umožňuje stresu sa úplne vyhnúť. Príkladom sú rozmiestnenie prieduchov, typ metabolizmu, schopnosť tvoriť jedovaté alebo odpudivé látky. Ontogenetické opatrenia nie sú geneticky fixované a počas vývinu rastliny a vplyvu stresora sa menia. Zmeny sú pomalé a rastlina nimi nedokáže rýchlo reagovať na podmienky prostredia. Medzi takéto opatrenia patrí napríklad dlhý a štíhly koreňový systém v prostredí s nízkymi zrážkami alebo menšia a zhrubnutá listová plocha pri zvýšenej slnečnej radiácii. Modulačná (modifikačná) forma adaptácie prebieha rýchlo a je len dočasná. Označuje sa aj ako aklimácia. Predstavuje napríklad otváranie a zatváranie prieduchov, ktorými rastlina dýcha a reguluje teplotu tela, natočenie listov podľa slnka alebo zdroja vody a zmeny koncentrácie rôznych látok v rastline. Rastlina má vyvinuté dva typy mechanizmov odolnosti proti stresu. Mechanické spôsoby ochrany rastliny vytvárajú rôzne mechanické bariéry. Aktívne obranné reakcie sú vykonávané produkciou rôznych biochemických látok.

Mechanické bariéry

Mechanické alebo hrubohmotné mechanizmy v boji proti stresu zabraňujú tomu, aby stres do rastliny vnikol. Tento spôsob ochrany zahŕňa mechanickú bariéru, ktorá má prevažne pasívny a dlhodobý charakter a zvyčajne sa vyvinula počas dlhotrvajúce pôsobenia stresu ako adaptačný mechanizmus. Mechanickou bariérou môže byť napríklad silná kutikula na listoch, ktorá je takmer nepriepustná pre vodu a plyny a tak chráni vnútorné prostredie rastliny. Veľmi hrubú kutikulu na prežitie v podmienkach púštnej klímy majú napríklad kaktusy. Impregnácia bunkovej steny rôznymi látkami (betaglukán, triesloviny, anorganické látky a iné) ju robí pevnejšou a je účinnejším prostriedkom prirodzenej ochrany rastlín. Mechanickou ochranou rastlín pred patogénnymi mikroorganizmami a herbivornými živočíchmi (fytofágny hmyz a prežúvavce) je tiež tvorba pevnej bariéry vo forme lignínu, kalózy a korku. V prípade nedostatku vody sa rastlina chráni tým, že si vodu a iné organické látky ukladá do zásoby. Okrem toho obmedzuje rast a zmenšuje listovú plochu, až spôsobuje starnutie listov a ich opadávanie, zatvára prieduchy, ktorými dýcha, a reguluje výmenu tepla a vody tak ako človek pri dýchaní. V rastline dochádza k výraznejšiemu rastu koreňov smerom do hĺbky k zdrojom vody. Ako zásobáreň vody fungujú aj trichómy, ktoré nás popŕhlia pri pŕhľave dvojdomej (Urtica dioica). Sú to rozvetvené výrastky pokožkových buniek a chránia organizmus pred nadmerným vyparovaním, žiarením a výkyvmi teploty, okrem toho majú aj sekrečnú a obrannú funkciu. Pri nadmernom zavlažovaní a povodniach, keď v rastline vzniká stres z nedostatku kyslíka, dochádza k tvorbe aerenchýmu, prevetrávacieho pletiva. Okrem toho tvorí rastlina na zabezpečenie dýchania adventívne korene nad hladinou vody alebo vzdušné pneumatofóry. Pri breze (Betula spp.) a čerešni (Cerasus spp.) pozorujeme tvorbu lenticel (priečne popraskaná kôra).

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 08/2019.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

RNDr. Michaela Havrlentová
Foto Pixabay

Komentáre