Суыққа бейімделу процесі

Кіріспе

Суыққа бейімделу – организмнің қысқы суыққа дайындалуының физиологиялық және биохимиялық процесі.

Өсімдіктер

Суық және поляр аймақтардағы өсімдіктер қысқы және нөлден төмен температураға жапырақтар мен сабақтардан қоректік заттарды сақтау органдарына жылжыту арқылы бейімделеді. Мұзды температуралар өсімдіктерде сусыздану стресін тудырады, себебі тамырлардағы судың сіңірілуі және өсімдіктегі су тасымалы төмендейді. Өсімдіктің жасушалары мен арасындағы су қатып, кеңейіп, тіндерге зақым келтіреді. Суыққа төзімділік – өсімдіктің физиологиялық өзгерістерге ұшырауының процесі, бұл нөлден төмен температураның салдарынан туындайтын жасушалық зақымдануды болдырмау немесе азайту үшін жасалады. Өсімдік суық, бірақ әлі мұзды емес температураға ұшырағанда бейімделуді бастайды. Бұл процесті үш кезеңге бөлуге болады. Біріншіден, өсімдік төмен температураны сезеді, содан кейін осы сигналды тиісті гендердің экспрессиясын белсендіру немесе жобалау үшін түрлендіреді. Соңында, ол осы гендерді нөлден төмен температураның салдарынан туындайтын стресске қарсы күресу үшін пайдаланады. Төмен температура стресіне жауап беретін гендер мен реакциялардың көп бөлігі құрғақшылық немесе тұздылық сияқты басқа да абиотикалық стрестермен ортақ. Бұл жасушалар арасындағы жасушадан тыс матрицада мұз пайда болған кезде судың сыртқа шығуына себеп болады. Қыстайтын жәндіктер қыс бойы ояу және белсенді болады, ал қыстамайтын жәндіктер көшіп кетеді немесе өледі. Қысқа мерзімді қолайсыз температура кезеңдерінде, мысалы, қоршаған орта температурасының күрт төмендеуі кезінде, сондай-ақ суық айларда жылдам суыққа төзімділік пайда болуы мүмкін. Қорғаныш қосылыстардың жиналуы жәндіктердің суыққа төзімділігіне себеп болады. Глицерол және су арасындағы реакцияда кездесетін химиялық қасиеттер бұрын мұздатқыш ретінде қолданылған, және суыққа төзімділікке қатысты осы химиялық қасиеттерді көруге болады. Ақуыздар да суық температурада қатаю процесін және қоршаған ортаның өзгеруіне бейімделуге көмектесетін қорғаныш қосылыстарда маңызды рөл атқарады. Гликоген фосфорилазасы (GlyP) – сынақ кезінде суыққа төзімділікке ұшырамаған бақылау тобымен салыстырғанда артуы анықталған маңызды ақуыз. Ауа температурасы жылына бастағанда бейімделу процесі басталады, және глицеролдың артуымен қатар басқа да қорғаныш қосылыстар мен ақуыздар да кері процеске түседі. Кейбір жәндіктерде жылдам суыққа төзімділік қабілеті бар, бұл барлық жәндіктер ұзақ қыстау кезеңін бастан кешіре алмайды дегенді білдіреді. Диапаузаға түспеген жәндіктер қысқа мерзімді температуралық шоқтарға төтеп бере алады, бірақ олардың денесі жеткілікті мөлшерде қорғаныш компоненттерін өндіре алмайынша, олармен күресудің шегі бар. Суыққа төзімділік процесі жәндіктердің суық температурада тірі қалуына ғана емес, сонымен қатар олардың өнімділігін жақсартуға да көмектеседі. Жылдам суыққа төзімділік (ЖСТ) – тіркелген ең жылдам суық температураға жауап. Полиолдар жәндік денесінде кедергі ретінде әрекет етеді, қыстау кезеңінде пайда болуы мүмкін жасуша ішінде қатудың алдын алып, жасушадан тыс қатуды шектейді. Алмаз арқалы күбәләктің дернәсіл кезеңінде глицериннің маңыздылығы тағы да тексерілді. Зертхана дернәсілдерге глицерин қосып, оның суыққа төзімділік кезінде тірі қалудың маңызды факторы екенін дәлелдеді. Суыққа төзімділік суыққа төзімділік кезінде глицериннің жиналуына тікелей пропорционалды. Жәндіктердің суыққа төзімділігі олардың тірі қалу деңгейін жақсартады және олардың функцияларын жақсартады. Ауа температурасы мұздан жоғарылағанда суыққа төзімділік процесі кері айналады және глицерол мен қорғаныш қосылыстар денеде азаяды. Бұл сонымен қатар жәндіктің функцияларын суыққа төзімділікке дейінгі жағдайға қайтарады.

Plants in temperate and polar regions adapt to winter and sub zero temperatures by relocating nutrients from leaves and shoots to storage organs. Freezing temperatures induce dehydrative stress on plants, as water absorption in the root and water transport in the plant decreases. Water in and between cells in the plant freezes and expands, causing tissue damage. Cold hardening is a process in which a plant undergoes physiological changes to avoid, or mitigate cellular injuries caused by sub zero temperatures. The plant starts the adaptation by exposure to cold yet still not freezing temperatures. The process can be divided into three steps. First the plant perceives low temperature, then converts the signal to activate or repress expression of appropriate genes. Finally, it uses these genes to combat the stress, caused by sub zero temperatures, affecting its living cells. Many of the genes and responses to low temperature stress are shared with other abiotic stresses, like drought or salinity. and makes the cell shrink, as water is drawn out when ice is formed in the extracellular matrix between cells. Overwintering insects stay awake and active through the winter while non overwintering insects migrate or die. Rapid cold hardening can be experienced during short periods of undesirable temperatures, such as cold shock in environment temperature, as well as the common cold months. The buildup of cryoprotective compounds is the reason that insects can experience cold hardening. This chemistry found within the glycerol compound and reaction between water has been used as an antifreeze in the past, and can be seen here when concerning cold hardening. Proteins also play a large role in the cryoprotective compounds that increase ability to survive the cold hardening process and environmental change. Glycogen phosphorylase (GlyP) has been a key protein found during testing to increase in comparison to a controlled group not experiencing the cold hardening. Once warmer temperatures are observed the process of acclimation begins, and the increased glycerol along with other cryoprotective compounds and proteins are also reversed. There is a rapid cold hardening capacity found within certain insects that suggests not all insects can survive a long period of overwintering. Non diapausing insects can sustain brief temperature shocks but often have a limit to what they can handle before the body can no longer produce enough cryoprotective components. Inclusive to the cold hardening process being beneficial for insects survival during cold temperatures, it also helps improve the organism's performance. Rapid cold hardening (RCH) is one of the fastest cold temperature responses recorded. Polyols simply act as a barrier within the insect body by preventing intracellular freezing by restricting the extracellular freezing likely to happen in overwintering periods. During the larval stage of the diamondback moth, the significance of glycerol was tested again for validity. The lab injected the larvae with added glycerol and in turn proved that glycerol is a major factor in survival rate when cold hardening. The cold tolerance is directly proportional to the buildup of glycerol during cold hardening. Cold hardening of insects improves the survival rate of the species and improves function. Once environmental temperature begins to warm up above freezing, the cold hardening process is reversed and the glycerol and cryoprotective compounds decrease within the body. This also reverts the function of the insect to pre cold hardening activity.