Heat-stress-in-agriculture-Cover-image-blog

Stres cieplny w rolnictwie: skutki, wyzwania i strategie adaptacyjne

Stres cieplny, zidentyfikowany jako rodzaj stresu abiotycznego w naszych poprzednich wpisach na blogu, stanowi poważne zagrożenie dla światowego rolnictwa ze względu na rosnące temperatury spowodowane zmianami klimatycznymi.

Udostępnij na:

Stres ten znacząco zagraża światowemu rolnictwu, zakłócając wzrost i rozwój roślin. Długotrwałe okresy wysokich temperatur intensyfikują zapotrzebowanie na wodę, zmniejszają tempo fotosyntezy, powodują denaturację białek i wywołują uszkodzenia oksydacyjne, szczególnie wpływając na plony i jakość upraw podczas kluczowych etapów reprodukcji. Łagodzenie stresu cieplnego ma kluczowe znaczenie dla utrzymania zrównoważonej produkcji żywności w obliczu rosnących globalnych temperatur, co podkreśla jego kluczowe znaczenie w sektorach rolnictwa i biostymulatorów.

 

Globalne trendy temperaturowe i demograficzne

Ostatnie dane amerykańskiej Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA) wykazały, że na całym świecie pięć najcieplejszych lat miało miejsce od 2015 roku, a dziewięć z dziesięciu najcieplejszych lat miało miejsce od 2005 roku. Straty stresu cieplnego są odpowiedzialne za od 18% do 43% rocznej zmiany plonów, a oczekuje się, że efekt ten będzie się nasilał w nadchodzących latach.

Rysunek 1. Globalna temperatura i trendy demograficzne. Źródło: Frontiersin.org
Rysunek 1. Globalna temperatura i trendy demograficzne. Źródło: Frontiersin.org

Reakcja roślin na stres cieplny

Objawy morfologiczne i adaptacja

Stres cieplny powoduje szereg szkodliwych skutków dla roślin, w tym:

  • Zmniejszony wigor
  • Oparzenie słoneczne na liściach
  • Przypalanie liści i gałęzi
  • Opadanie kwiatów
  • Uszkodzenia i przebarwienia owoców
  • Wydłużone ogonki liściowe i hipokotyle
  • Zmniejszono rozmiar, masę i liczbę nasion w uprawach takich jak fasola, kukurydza, gruszki, mango, winogrona i jabłka.

Jak stres cieplny wpływa na strukturę i funkcjonowanie rośliny?

  • Na poziomie rośliny stres cieplny prowadzi do mniejszych komórek, zamkniętych aparatów szparkowych, zmniejszonej utraty wody, więdnących liści, szerszych naczyń ksylemu i płytkiego, szerokiego wzrostu korzeni ze zwiększonymi bocznymi rozgałęzieniami. Subkomórkowo zaburza struktury chloroplastowe i mitochondrialne, zmniejszając fotosyntezę i oddychanie.
  • Na poziomie całej rośliny występuje ogólna tendencja do zmniejszania wielkości komórek, zamykania aparatów szparkowych, zmniejszonej utraty wody w wyniku transpiracji, zwiędłej gęstości aparatów szparkowych, zwiędłych liści i większych naczyń ksylemu zarówno korzenia, jak i pędu. Ciepło hamuje również wzrost korzeni, sprawiając, że dystrybucja korzeni jest płytsza i szersza oraz zwiększa boczne rozgałęzienia korzeni.
  • Na poziomie subkomórkowym stres cieplny indukuje znaczące zmiany w chloroplastach, zakłócając fotosyntezę poprzez zmianę ich struktury. Wysokie temperatury powodują utratę grana, układanie się lub pęcznienie membran fotosyntetycznych. Chloroplasty w komórkach mezofilu stają się okrągłe, blaszki zrębu pęcznieją, zawartość wakuoli zbryla się, grzebienie ulega zakłóceniu, a mitochondria tracą swoją zawartość, co prowadzi do zmniejszenia aktywności fotosyntetycznej i oddechowej.

 

Rysunek 1. Różny wpływ stresu cieplnego na różne uprawy. A) Utrata wigoru i zwijanie się liści fasoli do wewnątrz. B) Więdnięcie i zwijanie się liści kukurydzy. C) Przypalanie liści gruszy. D) Przebarwienia owoców w mango. E) Uszkodzenia osadki i utrata owoców w winogronach. F) Oparzenie słoneczne na owocach jabłoni.
Rysunek 1. Różny wpływ stresu cieplnego na różne uprawy. A) Utrata wigoru i zwijanie się liści fasoli do wewnątrz. B) Więdnięcie i zwijanie się liści kukurydzy. C) Przypalanie liści gruszy. D) Przebarwienia owoców w mango. E) Uszkodzenia osadki i utrata owoców w winogronach. F) Oparzenie słoneczne na owocach jabłoni.

Zmiany fizjologiczne i reakcje

Pod wpływem stresu związanego z wysoką temperaturą rośliny borykają się ze zmniejszoną dostępnością wody i większą utratą wody w ciągu dnia w porównaniu z nocą. Aby się przystosować, gromadzą kompatybilne osmolity, takie jak cukry, alkohole cukrowe (poliole), proline i inne związki, które stabilizują struktury komórkowe, zwiększając tolerancję na stres.

Stres cieplny zakłóca również fotosyntezę, potencjalnie ograniczając wzrost roślin, ze zmianami we fluorescencji chlorofilu i proporcjach wskazujących na tolerancję termiczną.

Zmiany hormonalne, w tym zwiększony poziom kwasu abscysynowego (ABA) i etylenu, regulują reakcje roślin na stres cieplny, wpływając na procesy od kiełkowania do tolerancji stresu. Ponadto stres cieplny indukuje produkcję metabolitów wtórnych, takich jak fenole i karotenoidy, które chronią komórki i łagodzą uszkodzenia oksydacyjne, pomagając roślinom w aklimatyzacji do wyzwań termicznych.

Pod wpływem stresu cieplnego widoczne są różnice w rozwoju kwiatów i żywotności pyłku między tolerancyjnymi i wrażliwymi genotypami pomidorów (ryc. 3). Tolerancyjne genotypy zazwyczaj wykazują mocne kwiatostany i dobrze uformowane stożki pylników (panele A i C), podczas gdy wrażliwe genotypy wykazują oznaki zmniejszonego wigoru i zniekształconych szyszek pylników (panele B i D). Te różnice morfologiczne podkreślają różny wpływ wysokich temperatur na procesy rozrodcze w różnych odmianach pomidorów.

Rysunek 2. Rozwój kwiatów i żywotność pyłku tolerancyjnych (po lewej) i wrażliwych genotypów pomidorów (po prawej). Na górze widoczne są kwiatostany genotypu tolerancyjnego (A) po lewej stronie (A) i genotypu wrażliwego po prawej (B). W drugim panelu przedstawiono morfologię szyszek pylnika dla obu genotypów (C) i (D)
Rysunek 2. Rozwój kwiatów i żywotność pyłku tolerancyjnych (po lewej) i wrażliwych genotypów pomidorów (po prawej). Na górze widoczne są kwiatostany genotypu tolerancyjnego (A) po lewej stronie (A) i genotypu wrażliwego po prawej (B). W drugim panelu przedstawiono morfologię szyszek pylnika dla obu genotypów (C) i (D)

Zmiany i odpowiedzi molekularne

Stres cieplny u roślin indukuje stres oksydacyjny poprzez reaktywne formy tlenu (ROS), takie jak tlen singletowy, rodnik ponadtlenkowy, nadtlenek wodoru i rodnik hydroksylowy. Te ROS uszkadzają błony komórkowe, chlorofil, białka, DNA i lipidy, upośledzając metabolizm roślin i zmniejszając wzrost i plon. Rośliny zwalczają stres oksydacyjny za pomocą układów enzymatycznych, takich jak dysmutaza ponadtlenkowa, peroksydaza askorbinianowa, katalaza i peroksydaza glutationowa, a także nieenzymatycznych przeciwutleniaczy, takich jak witaminy C i E, polifenole roślinne i karotenoidy.

Nagromadzenie substancji takich jak prolina i glutation wzmacnia ochronę komórek przed uszkodzeniami oksydacyjnymi podczas ekspozycji na ciepło. Białka szoku cieplnego (HSP), w tym HSP90, HSP70 i białka o niskiej masie cząsteczkowej, działają jak molekularne białka opiekuńcze, zapobiegając denaturacji białek i utrzymując funkcje komórkowe w warunkach stresu cieplnego. Inne białka stresu, takie jak ubikwityna, białka Pir, LEA i dehydryny, również chronią struktury komórkowe przed stresem oksydacyjnym i odwodnieniowym spowodowanym wysokimi temperaturami.

Rysunek 3. Kwiat dotknięty abiotycznym stresem cieplnym
Rysunek 3. Kwiat dotknięty abiotycznym stresem cieplnym

Sprawdzona strategia Rovensa Next w próbach stresu cieplnego

Stosowanie biostymulatorów jest skutecznym sposobem na zminimalizowanie skutków tego abiotycznego stresu dla upraw narażonych na działanie wysokich temperatur. Podsumowano najważniejsze wyniki prób stresu cieplnego, które dział Rovensa Next Global R&D Bionutrition i Uniwersytet w Mediolanie opracowały wspólnie od 2019 r. do początku 2022 r.

Celem tych badań było zrozumienie sposobu działania kluczowych linii biostymulatorów Rovensa Next w warunkach stresu cieplnego, opracowanie jasnych i konkretnych zaleceń dotyczących tego, które produkty należy stosować, w przypadku jakiego rodzaju stresu abiotycznego i kiedy je stosować. W związku z tym można stwierdzić, że tego typu sytuacje można rozwiązać za pomocą dwóch strategii:

  • Efekt pierwotny:

Efekt pierwotny zwiększa wigor roślin i odporność na stres dzięki opatentowanej technologii bez wyczerpywania rezerw energii. Phylgreen, naturalny ekstrakt z Ascophyllum nodosum, jest przykładem korzyści płynących z Primactive, zachowując niezbędne metabolity i przeciwutleniacze z wyjątkowego procesu Gentle Extraction.

    • Stosowanie Phylgreen wykazało dobrą skuteczność jako leczenie zapobiegawcze (przed) stresem cieplnym. Czas: 2-3 dni przed szokiem stresowym.
  • Efekt leczniczy:

Efekt Curactive jest używany do opisania połączonego sposobu działania produktów biostymulujących Rovensa Next, które bezpośrednio pomagają uprawom podczas stresu abiotycznego lub w powrocie do zdrowia po nim poprzez różne działania: utrzymanie komórkowej równowagi wodnej, wyzwalanie ekspresji genów reagujących na stres i detoksykację szkodliwych substancji chemicznych wytwarzanych pod wpływem stresu.

    • Delfan Plus i Vegenergy to abiotyczne roztwory łagodzące stres o działaniu kurującym, które zawierają aminokwasy, które są wykorzystywane przez rośliny do blokowania sytuacji stresowej oraz wznawiania metabolizmu i wzrostu. Łagodzi stres abiotyczny poprzez reaktywację metabolizmu węglowodanów i azotu w roślinach, pomagając roślinom lepiej zregenerować się po wystąpieniu stresu. Czas: Stosowany po wydarzeniu stresu cieplnego w celu uzyskania najlepszych wyników.

Partnerstwo z Rovensa Next w walce ze stresem cieplnym

Stres cieplny stanowi ogromne wyzwanie dla nowoczesnego rolnictwa, ale innowacyjne biorozwiązania firmy Rovensa Next zapewniają skuteczne strategie łagodzące. Integrując produkty takie jak Phylgreen, Delfan Plus i Vegenergy, między innymi, z praktykami zarządzania uprawami, rolnicy mogą zwiększyć odporność roślin, zoptymalizować plony i zapewnić zrównoważoną produktywność w obliczu rosnących globalnych temperatur.

Aby uzyskać więcej informacji na temat ochrony upraw przed stresem cieplnym, skontaktuj się z naszym lokalnym przedstawicielem, aby dowiedzieć się więcej o naszym holistycznym portfolio biorozwiązań.

Granice | Tolerancja roślin na wysoką temperaturę w zmieniającym się środowisku: podstawy naukowe i produkcja roślin odpornych na stres cieplny (frontiersin.org)

Jak pomagamy:

Dzięki rozwiązaniom biologicznym opracowanym w celu zaspokojenia potrzeb upraw od nasion do półki sklepowej.

Według kategorii produktów

Bionawożenie w rolnictwie

Biokontrola w rolnictwie

Adiuwanty i korektory rolnicze

Według potrzeb hodowcy

Ulepszanie aplikacji gleby, wody i produktów

Lepsza jakość upraw

Zintegrowane zarządzanie chorobami

Zintegrowane zarządzanie szkodnikami

Minimalizowanie stresu abiotycznego

Stymulacja naturalnego cyklu roślin

Zrównoważone odżywianie roślin

Rozwijajmy się razem.

Pomagamy przyspieszyć zieloną transformację. Oferujemy szeroką wiedzę lokalną i globalną pomoc techniczną.

"*" oznacza pola wymagane

Nazwa:*