Mechanismen van droogteresistentie in woestijnplanten

De mechanismen van droogteresistentie kunnen worden onderverdeeld in drie primaire typen. Ten eerste is droogteontsnapping het vermogen van de plant om zijn levenscyclus te voltooien voordat zich een ernstig tekort aan planten ontwikkelt.

1. Droogtevlucht :

Droogte-ontheemden, of efemere verschijnselen, verschijnen snel na hevige regenval in woestijngemeenschappen. Ze groeien snel en produceren zaad voordat de grondwatervoorraad op is en er wordt aangenomen dat ze geen speciale fysiologische, morfologische of biochemische mechanismen hebben om watertekorten te verwerken.

Het is echter bekend dat veel zomerse kortstondigheden een Kranz-type anatomie hebben die typisch is voor de C4-route van fotosynthese en die de efficiëntie van het watergebruik verhoogt. Efemeralen lijken droge omgevingen te overleven vanwege hun snelle groei en ontwikkelingsplasticiteit. Onder droge omstandigheden doet zich weinig vegetatieve groei voor en er zijn weinig bloemen en zaden, maar in natte jaren maakt hun onbepaalde groeiwijze het mogelijk grote hoeveelheden zaad te produceren.

2. Droogtetolerantie met een laag weefselwaterpotentieel :

Ten tweede, droogtetolerantie bij laag weefselwaterpotentieel door mechanismen die het onderhoud van turgor mogelijk maken en / of de tolerantie van het protoplasma voor uitdroging verhogen. Turgor kan worden gehandhaafd als het waterpotentieel daalt als gevolg van de accumulatie van opgeloste stoffen zoals suikers die het osmotische potentieel verlaagt of het kan worden onderhouden door een hoge elasticiteit van het weefsel.

Aangezien er weinig metingen van weefselelasticiteit zijn uitgevoerd en het onwaarschijnlijk lijkt dat volledig geëxpandeerde weefsels in reactie op lage waterpotentialen in elasticiteit zouden toenemen, lijkt het onderhoud van turgor voornamelijk door ophoping van opgeloste stoffen. Munns et. al. (1979) ontdekte dat de belangrijkste opgeloste stoffen die zich ophopen in tarwebladeren tijdens droogtestress 'suikers en aminozuren' waren.

In andere planten worden organische zuren, kalium en chloride tot aanzienlijke niveaus geaccumuleerd. Er is ook veel aandacht besteed aan de rol van accumulatie van proline en betaïne in planten tijdens waterstress. (Wyn Jones & Storey 1981). De ophoping van proline en glycinebetaïne kan een directe reactie zijn van de plant op de stress of mogelijk een bijproduct van de stress door het effect ervan op het celmetabolisme, zoals eiwitsynthese. Daarom volgt hieruit niet dat de snelheid of mate van accumulatie van proline of glycinebetaïne een index is van droogtetolerantie die door plantenveredelaars kan worden gebruikt.

Protoplasmische resistentie tegen watertekorten wordt het best gedemonstreerd in de 'opstanding'-planten en in snel drogende mossen zoals Tortula ruralis, die binnen enkele minuten na rehydratatie het normale celmetabolisme kunnen hervatten. Het is mogelijk dat proline, glycinebetaïne of andere cytoplasmatische niet-toxische opgeloste stoffen zich kunnen ophopen die de membranen en macromoleculen beschermen tegen ernstige uitdroging.

3. Droogtetolerantie bij waterweefsel met hoog weefsel :

De droogtetolerantie bij een hoog weefselwaterpotentieel is primair een mechanisme om droogte te vermijden door uitdroging van het weefsel te voorkomen.

Planten in deze categorie kunnen een hoog weefselwaterpotentieel handhaven door mechanismen die de wateropname behouden of waterverliezen onder droge omstandigheden verminderen. Wateropname kan worden gehandhaafd door een toename van de worteldichtheid of door dieper te groeien.

Mechanisme voor het verminderen van waterverlies omvat voorschriften van de huidmondopening en de ontwikkeling van een ondoordringbare nagelriem. Helaas, als CO ₂ via de huidmondjes binnenkomt, resulteert een vermindering van het waterverlies door verminderde stomatale apertuur ook in verminderde fotosynthese en uiteindelijk in plantenopbrengst.

Waterverlies kan echter worden verminderd door bladbewegingen en veranderingen in de reflectie van bladeren waardoor de hoeveelheid geabsorbeerde straling afneemt. Verwelking, de productie van haren, oppervlaktewas of zout verhogen de reflectie van het blad. Ten slotte kan het afstorten van de oudere onderste bladeren het waterverlies door veel gewassoorten verminderen.