انواع استرس گیاهی که زیاد رخ می‌دهند

گیاهان باید با بسیاری از شرایط که کمتر ایده آل هستند کنار بیایند، شرایطی که می‌توانند آن‌ها را با تحت فشار قرار دادن، محدود کنند تا زنده بمانند. ما در این مقاله انواع استرس گیاهی که زیاد رخ می‌دهند را توضیح خواهیم داد.

استرس زیست محیطی

استرس زیست محیطی یا بیشتر به طور خاص، استرس غیرزیستی شامل تمامی عوامل محیطی غیرزنده است که می‌توانند به طور منفی یا حتی به طور مضر بر رشد و باروری گیاهان تاثیر بگذارند. تحقیقات علمی زیادی در مورد استرس خشکسالی، اثرات سیل یا غرق شدن، استرس شوری و درجه حرارت شدید (هم زیاد و هم کم) انجام شده است. اما برای کشاورزان مسائل به خوبی شناخته شده مانند شدت نور بالا و کمبود مواد مغذی معدنی (برای مثال نیتروژن، فسفر، پتاسیم) لحاظ می‌شوند که دلیل عمده آن، نقش‌های بسیار مهم آن‌ها در کاهش تولید محصولات کشاورزی یا صنعتی در سراسر جهان است.

این خرمالو از کمبود نیتروژن رنج می‌برد

استرس مکانیکی

یکی از انواع استرس که به محض اینکه وارد گلخانه یا مزرعه‌تان می‌شوید رخ می‌دهد استرس مکانیکی است. به طور کلی، گیاهان به استرس مکانیکی بسیار حساس هستند. کشاورزان باتجربه ممکن است بدانند که در صورتی که از میان مزرعه خود قدم بزنند یا اکثر مواقع گیاهان خود را لمس کنند، این کار می‌تواند منجر به گیاهان کوتاه‌تر شوند و همچنین می‌تواند منجر به آسیب بافتی شود که یک نقطه ورود بالقوه برای بیماری‌ها است. تفاوت‌ها در حرکت هوا، ارتعاشات یا دست زدن بیش از حد به گیاهان، همگی می‌توانند باعث استرس مکانیکی شوند. تکان دادن یا پیچاندن یک گیاه فقط برای چند دقیقه در هر روز می‌تواند طول عمر ساقه و وزن گیاه، هم تر و تازه و هم خشک را کاهش دهد.

همچنین، این وضعیت در شرایط آزمایشگاهی که در آن‌ها گیاهان آرابیدوپسیس تالیانا جوان (شاهی صخره ای) (Arabidopsis thaliana) که روزانه چند بار در معرض ساییده شدن ساقه بودند مطالعه شده است و منجر به کوتاه‌تر شدن گیاهان در مقایسه با گروه کنترل شده که لمس نشدند شد (به تصویر زیر مراجعه کنید).

از استرس مکانیکی نمی توان به طور کامل جلوگیری کرد، اما به یاد داشته باشید هنگامی که از گیاهان خود بازدید می‌کنید، در محیط‌های داخلی یا در مزرعه، آن‌ها از بازدیدتان متاثر خواهند شد. بنابراین، تماس مستقیم با گیاهان خود را به حداقل برسانید.

این یک میکروسکوپ الکترونی اسکن شده (SEM) رنگی از یک برگ از گیاه پرطراوت کالانکوئه بلوسفلدیانا (Kalanchoe blossfeldiana) است که یک منفذ تنفسی بسته (در مرکز) را نشان می‌دهد. منافذ تنفسی منافذی هستند که از طریق آن‌ها تبادل گاز در گیاهان رخ می‌دهد. باز و بسته شدن منافذ تنفسی توسط سلول‌های محافظ به شکل نیم دایره کنترل می‌شود. هنگامی که سلول‌های محافظ متورم می‌شوند، منافذ تنفسی باز می‌شوند و هنگامی که آن‌ها سست یا شل می‌شوند منافذ تنفسی بسته می‌شوند. کالانکوئه بلوسفلدیانا با شرایط گرم و خشک سازگار می‌شود و منافذ تنفسی آن در شب باز می‌شود که برخلاف اکثر گیاهان است و از تبخیر آب جلوگیری می‌کند. این گیاه دی اکسید کربن را از طریق منافذ تنفسی در شب جذب می‌کند و آن را به یک اسید آلی برای ذخیره تبدیل می‌کند. هنگامی که گیاه در طول روز شروع به فتوسنتز می‌کند، از دی اکسید کربن ذخیره شده استفاده می‌کند. نقطه‌های روی سطح، موم هستند.

استرس کم آبی

در روزهای آفتابی، خشک یا هنگامی که نور در یک گلخانه بسیار شدید است، گیاهان ممکن است پژمرده شوند زیرا میزان از دست رفتن آب از طریق تعرق بیش از میزانی است که سیستم ریشه آب را از خاک جذب می‌کند. به عبارت دیگر، رطوبت کافی در خاک وجود ندارد که می‌تواند تا حد زیادی مانع رشد گیاه شود. به هر حال، گیاهان سیستم‌های کنترلی دارند که به آن‌ها توانایی مقابله با کمبود شدید آب را می‌دهد.

بسیاری از واکنش‌های گیاه به کمبود آب به آن کمک می‌کند تا آب را با کاهش میزان تعرق نگهداری کند. کمبود آب در برگ‌ها باعث می‌شود سلول‌های محافظ کمتر متورم شوند، ساز و کار کنترلی ساده‌ای که تعرق را با بستن منافذ تنفسی آهسته می‌کند. همچنین، کمبود آب سنتز را تحریک می‌کند و هورمونی را در برگ آزاد می‌کند؛ این هورمون با عمل بر غشاهای سلول محافظ به بسته نگهداشتن منافذ تنفسی کمک می‌کند. برگ‌ها به کمبود آب به روش‌های متعدد دیگر واکنش نشان می‌دهند. برگ‌های بسیاری از گونه‌های گیاهان مانند گونه‌های علفی به شکل یک لوله می‌غلتند که با کاهش مساحت سطح برگ که در معرض هوای خشک و باد است از تعرق می‌کاهد. اگرچه این واکنش برگ آب را ذخیره می‌کند، فتوسنتز را نیز کاهش می‌دهد که یکی از دلایلی است که خشکسالی تولید محصولات را کاهش می‌دهد.

رشد ریشه نیز به کمبود آب واکنش نشان می‌دهد. خاک یا هر زیرلایه گیاه که رشد می‌کند به طور معمول از سطح به سمت پایین شروع به خشک شدن می‌کند که مانع از رشد ریشه‌های کم عمق می‌شود که تاحدی به این علت است که سلول‌ها نمی توانند تورم مورد نیاز برای طول عمر را حفظ کنند. ریشه‌های عمیق‌تر، که توسط زیرلایه مرطوب‌تر احاطه می‌شوند، هنوز توانایی رشد دارند. سیستم ریشه به طریقی که در معرض رطوبت خاک قرار گرفتن را حداکثر کند تکثیر می‌شود، اما این تقاضا بیشتر از انرژی گیاه است که در نهایت محصول بالقوه از دست می‌رود.

این گیاهان کدو به دلیل کم آبی پژمرده می‌شوند. به محض این که استرس کم‌آبی تمام می‌شود، برگ‌های پژمرده شده می‌توانند به سرعت بهبود یابند. با این حال، گیاهان تحت تاثیر قرار گرفته، نشانه‌های سالخوردگی برگ را نشان خواهند داد.

کلید استرس کم آبی محافظت گیاه از خشک شدن کامل هنگامی است که فتوسنتز ادامه دارد. بسته شدن منافذ تنفسی منجر به کاهش در دسترس‌پذیری دی اکسید کربن برای گیاه می‌شود و واکنش‌های شیمیایی سیستم فتوسنتز نمی‌توانند بر حسب تقاضا غیرفعال شوند، البته مگر اینکه منبع نور غیرفعال شود. کمبود دی اکسید کربن به دلیل بسته شدن منافذ تنفسی منجر به ایجاد رادیکال‌های آزاد در کلروپلاست‌ها می‌شود که مجموعه واکنش‌های آبشاری پیچیده شیمیایی بنام انتقال سیگنال، مسئول پیدایش رادیکال‌ها هستند. گیاه به این رادیکال‌های آزاد با تولید آنتی اکسیدان‌ها برای خنثی‌سازی آن‌ها واکنش نشان می‌دهد. بدون پرداختن به جزئیات بسیار زیاد، برخی هورمون‌ها و آمینو اسیدهای آزاد گیاه، اغلب درگیر می‌شوند و به گیاه کمک می‌کنند تا قدری به کم‌آبی تحمل نشان دهد که علت اولیه استرس گیاه بود.

یک کشاورز ممکن است تجربه کند که به محض اینکه استرس کم‌آبی تمام می‌شود، برگ‌های پژمرده شده بنظر می‌رسند به سرعت بهبود یابند. به هر حال، در ظرف چند روز تا یک هفته، گیاهان تحت تاثیر قرار گرفته سالخوردگی برگ را نشان خواهند داد که واقعا فرآیندی است که طی آن برگ‌ها به سرعت پیر و زرد کم رنگ می‌شوند زیرا کلروفیل تجزیه شده است که تاحدی نتیجه آسیب برگشت‌ناپذیر توسط رادیکال‌های آزاد قبلا ذکر شده است.

گل آفتاب گردان در سمت چپ یک گیاه سالم است و گیاه سمت راست سالم نیست. گیاه سمت راست مثالی معمول از گیاهی است که از آبیاری بیش از حد رنج می‌برد. در صورتی که مثالی بهتر سراغ نداشتید، ممکن است به خوبی فرض کنید که این یک مورد معمول از استرس مکانیکی است. لمس کردن روزانه گیاهان نیز منجر به کوتاه‌تر شدن گیاهان خواهد شد.

آبیاری بیش از حد

آبیاری بیش از حد گیاه می‌تواند آن را سریع‌تر از کمبود آب از بین ببرد. در خاک اشباع شده از آب اکسیژن کافی برای ریشه‌ها وجود ندارد و به این دلیل است که انتشار اکسیژن از طریق آب حدود ۱۰۰۰۰ بار آهسته‌تر از انتشار از طریق هوا است. بدون اکسیژن، تنفس بی‌هوازی در ریشه‌ها اتفاق می‌افتد که باعث تولید ترکیبات سمی در گیاه می‌شود. همچنین، علائم آبیاری بیش از حد شامل پژمرده شدن، زرد شدن برگ‌ها، پوسیدگی ریشه و از رشد بازماندن می‌شوند.

مساله اصلی در آبیاری بیش از حد محدودیت (دسترسی به) اکسیژن است که موجب می‌شود بسیاری از گونه‌های گیاهان اتیلن تولید کنند که باعث می‌شود برخی سلول‌ها در ریشه متحمل مرگ سلولی شوند که فرآیند کنترل شده مرگ سلول است. تخریب این سلول‌ها مجراهای هوا را ایجاد می‌کند که می‌تواند از بخش‌های گیاه که در بالای سطح زمین هستند با هوا پر شود. به این روش، ریشه‌ها می‌توانند اکسیژن لازم را حتی هنگامی که خاک هنوز آنقدر مرطوب است که حاوی هوای کافی نیست دریافت کنند.

ساز و کار توصیف شده فوق ممکن است به محصولاتی مانند ذرت یا برنج کمک کند، اما اکثر محصولات تجاری گلخانه‌ای نمی‌توانند سطوح اکسیژن داخلی را حفظ کنند. ریشه‌ها به سرعت شروع به پوسیدگی می‌کنند و حتی اگر تولیدکننده به سرعت به زیرلایه سیراب شده در آب واکنش نشان دهد، خسارت محصول می‌تواند ویرانگر باشد.

استرس شوری

کلرید سدیم یا نمک‌های دیگر اضافی در خاک به دو دلیل گیاهان را تهدید می‌کنند. اول، با پایین آوردن پتانسیل آب زیرلایه، نمک می‌تواند باعث کمبود آب در گیاهان شود اگر چه آب فراوان در خاک وجود داشته باشد. از آنجا که پتانسیل آب زیرلایه منفی‌تر می‌شود، شیب پتانسیل آب از زیرلایه به ریشه‌ها پایین می‌آید که به موجب آن جذب آب کاهش می‌یابد. مشکل دیگر با زیرلایه شور این است که سدیم و یون‌های خاص دیگر مانند کلرید هنگامی که غلظت‌های آن‌ها آنقدر زیاد است که نفوذپذیری انتخابی غشاهای سلول ریشه را سراسر می‌پوشانند باعث سمی شدن گیاهان می‌شوند. به عبارت دیگر، گیاه نمی تواند به طور انتخابی مواد مغذی مناسب را جذب کند و فقط سدیم جذب می‌شود.

بسیاری از گونه‌های گیاهی می‌توانند به شوری زیرلایه متوسط با تولید حلال‌هایی که به خوبی در غلظت‌های بالا تحمل می‌شوند واکنش نشان دهند. ثابت شده است که توت فرنگی می‌تواند «ترکیبات فنولیک» تولید کند. باور بر این است که این ترکیبات پتانسیل آب سلول‌های گیاه را در مقایسه با زیرلایه، بدون پذیرفتن مقادیر سمی نمک برمی‌گرداند یا حفظ می‌کند که البته فقط کمکی موقتی است، زیرا به هر حال خسارت‌های تولید اتفاق خواهند افتاد. در صورتی که استرس شوری بیش از حد طولانی شود، در نهایت گیاه از بین خواهد رفت.

استرس گرما

گرمای شدید می‌تواند به طور مستقیم به گیاهان آسیب بزند، اما معمولا خسارت گرما از طریق افزایش از دست دادن آب و استرس خشکسالی گیاه اتفاق می‌افتد. گیاهان نیز می‌توانند هنگامی که شاخ و برگ سایه دار آن‌ها در طول دوره‌های زمانی گرم و خشک در معرض نور آفتاب هستند آفتاب سوخته شوند. هنگامی که درجه حرارت بشدت بالا است، گیاهان نیاز دارند آب را از ریشه‌ها به برگ‌ها و ساقه‌ها ببرند که سپس این آب از گیاه از طریق منافذ تنفسی به صورت بخار آب خارج می‌شود، فرآیندی که تعرق نامیده می‌شود. تعرق برگ‌ها و بخش‌های دیگر گیاه را خنک می‌کند و از آسیب ناشی از استرس گرما جلوگیری می‌کند. به هر حال، در صورتی که آب کافی برای این فرآیند وجود نداشته باشد، برخی از سطوح برگ گیاه با سوختن از بین می‌رود.

آسیب سرما و یخ زدگی

سرما و یخ زدگی علل عمده خسارت محصولات در گیاهان حساس هستند، اگرچه گیاهان مقاوم نیز در صورتی که رشد جدید آن‌ها در معرض یخ زدگی شدید پس از یک دوره آب و هوای گرم‌تر قرار گیرند می‌توانند از چنین وضعیت رنج ببرند. علائم اغلب شبانه ظاهر خواهند شد و می‌تواند بر انواع بسیاری از گیاهان تاثیر بگذارد. برگ‌ها و ساقه‌ها ممکن است سیاه شوند و غنچه‌ها و گل‌ها ممکن است تغییر رنگ داده شوند. برخی گل‌ها که تحت تاثیر یخ زدگی قرار گرفته‌اند ممکن است میوه تولید نکنند.

سرما و یخ زدگی علل عمده خسارت محصولات در گیاهان حساس هستند.

آسیب شیمیایی

هر نوع ماده‌ی شیمیایی بکار برده شده در مقدار مصرف اشتباه یا در زمان اشتباه می‌تواند به طور فیزیکی به گیاه آسیب بزند. بیشتر آسیب‌های شیمیایی ناشی از آفت کش‌های بیش از حد بکار برده شده در زمان اشتباه یا در طول گرمای روز است. استفاده بی‌دقت علف کش‌ها نیز ممکن است سهوا به گیاهان غیرهدف آسیب بزند یا آن‌ها را از بین ببرد. ریزش افشان اغلب دلیل آسیب ناخواسته به گیاهان است. آسیب شیمیایی ممکن است به صورت نقاط قرمز، زرد یا قهوه‌ای بر روی برگ‌ها، قهوه‌ای شدن نوک برگ‌ها، گیاهان از رشد بازمانده یا بدشکل شده یا قهوه‌ای شدن کامل و از بین رفتن گیاه ظاهر شود.

ما در این مقاله تلاش کرده‌ایم مهم‌ترین بخش‌های گیاه و نقش آن‌ها را در برخی از بدیهی‌ترین استرس‌های زیست محیطی که گیاهان ممکن است از آن‌ها رنج ببرند توضیح دهیم. به هر حال، جهان بسیار پیچیده‌تر از مطالب بیان شده در این مقاله است. همان طور که در این مقاله دیده‌ایم ریشه‌ها، برگ‌ها (به ویژه منافذ تنفسی) و فتوسنتز استفاده شده در فیزیولوژی گیاهان نقش‌های بسیار مهمی در واکنش خاص یک گیاه به یک وضعیت استرس بازی می‌کنند. این واکنش‌ها اغلب به طور قابل ملاحظه‌ای مشابه هستند، مانند واکنش گیاه به استرس خشکسالی یا استرس شوری. هر دو وضعیت منجر به کاهش ظرفیت جذب آب گیاه می‌شود.

در حال حاضر، تحقیقات بسیار زیادی درباره اینکه دقیقا کدام فرآیندها اساس و شالوده ادراک گیاه از عوامل استرس و اینکه کدام مواد شیمیایی در گیاه در ایجاد تحمل بیشتر به اشکال گوناگون استرس زیست محیطی بسیار مهم هستند در حال انجام است.

گیاهان توت فرنگی می‌توانند ترکیباتی تولید کنند که قادر به برگرداندن یا حفظ پتانسیل آب سلول‌های گیاه بدون پذیرفتن مقادیر سمی نمک هستند.