Галотолерантность - Halotolerance

Галотолерантность - это адаптация живых организмов к условиям высокой солености . Галотолерантные виды, как правило, обитают в таких районах, как гиперсоленые озера , прибрежные дюны , солончаковые пустыни , солончаки и внутренние соленые моря и источники . Галофилы - это организмы, которые живут в сильно засоленной среде и требуют солености для выживания, в то время как галотолерантные организмы (принадлежащие к разным сферам жизни) могут расти в засоленных условиях, но не требуют повышенных концентраций соли для роста. Галофиты - солеустойчивые высшие растения. Галотолерантные микроорганизмы представляют значительный биотехнологический интерес.

Приложения

Области научных исследований, относящиеся к галотолерантности, включают биохимию , молекулярную биологию , клеточную биологию , физиологию , экологию и генетику .

Понимание галотолерантности может быть применимо к таким областям, как сельское хозяйство в засушливых зонах , ксерискапирование , аквакультура (рыб или водорослей), биопродукция желаемых соединений (таких как фикобилипротеины или каротиноиды ) с использованием морской воды для поддержки роста или восстановления засоленных почв. . Кроме того, многие факторы окружающей среды включают или вызывают осмотические изменения, поэтому полученные знания о галотолерантности также могут иметь отношение к пониманию толерантности к экстремальным условиям влажности или температуры.

Цели изучения галотолерантности включают повышение продуктивности сельского хозяйства на землях, затронутых засолением почв или где доступна только соленая вода. Обычные сельскохозяйственные виды можно сделать более галотолерантными путем переноса генов от естественно галотолерантных видов (путем традиционной селекции или генной инженерии ) или путем применения методов лечения, разработанных на основе понимания механизмов галотолерантности. Кроме того, из естественно галотолерантных растений или микроорганизмов можно превратить полезные сельскохозяйственные культуры или ферментационные организмы.

Клеточные функции у галофитов

Устойчивость к высоким солевым условиям может быть достигнута несколькими путями. Высокий уровень соли, попадающей в растение, может вызвать ионный дисбаланс, который вызывает осложнения дыхания и фотосинтеза, что в тяжелых случаях приводит к снижению скорости роста, травмам и смерти. Чтобы считаться толерантным к солевым условиям, протопласт должен демонстрировать методы уравновешивания токсических и осмотических эффектов повышенных концентраций соли. Галофитные сосудистые растения могут выжить на почвах с концентрацией соли около 6% или до 20% в крайних случаях. Устойчивость к таким условиям достигается за счет использования стрессовых белков и совместимых осмотических растворенных веществ цитоплазмы.

Чтобы существовать в таких условиях, галофиты, как правило, подвержены поглощению высоких уровней соли своими клетками, и это часто требуется для поддержания более низкого осмотического потенциала, чем у почвы, для обеспечения поглощения воды. Высокие концентрации соли внутри клетки могут повредить чувствительные органеллы, такие как хлоропласт, поэтому наблюдается секвестрация соли. Благодаря этому в вакуоли накапливается соль, которая защищает такие деликатные участки. Если в вакуоли наблюдаются высокие концентрации соли, между вакуолью и цитоплазмой будет установлен высокий градиент концентрации, что приведет к значительным затратам энергии для поддержания этого состояния. Таким образом, можно увидеть, что накопление совместимых цитоплазматических осмотических растворенных веществ предотвращает возникновение такой ситуации. Аминокислоты, такие как пролин, накапливаются в галофитных видах Brassica , четвертичные аммониевые основания, такие как Glycine Betaine, и сахара, как было показано, действуют в этой роли в галофитных членах Chenopodiaceae, а представители Asteraceae демонстрируют накопление циклитов и растворимых сахаров. Накопление этих соединений позволяет уравновесить осмотический эффект, предотвращая при этом образование токсичных концентраций соли или требуя поддержания высоких градиентов концентрации.

Бактериальная галотолерантность

Степень галотолерантности широко варьируется у разных видов бактерий. Ряд цианобактерий галотолерантны; примерное место обитания таких цианобактерий - Макгадикгади Панс , большое гиперсоленое озеро в Ботсване .

Грибковая галотолерантность

Грибы из местообитаний с высокой концентрацией соли в основном галотолерантны (т. Е. Им не требуется соль для роста) и не галофильны. Галофильные грибы - редкое исключение. Галотолерантные грибы составляют относительно большую и постоянную часть сообществ гиперсоленой среды, например, в солнечных солончаках . Хорошо изученные примеры включают дрожжи Debaryomyces hansenii и черные дрожжи Aureobasidium pullulans и Hortaea werneckii . Последние могут расти в средах без соли, а также в почти насыщенных растворах NaCl . Чтобы подчеркнуть эту необычайно широкую приспособляемость , некоторые авторы описывают H. werneckii как «чрезвычайно галотолерантный».

Смотрите также

использованная литература