Введение

Адаптация к высокой солености. Галотолерантность – это способность живых организмов приспосабливаться к условиям высокой солености. Галотолерантные виды обычно обитают в таких местах, как гиперсоленые озера, прибрежные дюны, соленые пустыни, солончаки, внутренние соленые моря и источники. Галофилы – это организмы, которые живут в сильно засоленных средах и нуждаются в солености для выживания, тогда как галотолерантные организмы (принадлежащие к разным доменам жизни) могут расти в соленых условиях, но не требуют повышенной концентрации соли для роста. Галофиты – это высшие растения, устойчивые к засолению. Галотолерантные микроорганизмы представляют значительный интерес для биотехнологии.

Приложения

Области научных исследований, имеющие отношение к галотолерантности, включают биохимию, молекулярную биологию, клеточную биологию, физиологию, экологию и генетику. Понимание галотолерантности может быть применимо в таких областях, как сельское хозяйство в аридных зонах, ксерискейпинг, аквакультура (выращивание рыбы или водорослей), биопроизводство ценных соединений (например, фикобилипротеинов или каротиноидов) с использованием морской воды для поддержания роста, или рекультивация засоленных почв. Кроме того, многие факторы экологического стресса связаны с осмотическими изменениями или вызывают их, поэтому знания, полученные при изучении галотолерантности, также могут быть полезны для понимания устойчивости к экстремальным условиям влажности или температуры. Целями изучения галотолерантности являются повышение сельскохозяйственной продуктивности земель, затронутых засолением почвы, или где доступна только соленая вода. Традиционные сельскохозяйственные виды можно сделать более галотолерантными путем переноса генов от природных галотолерантных видов (с помощью селекции или генетической инженерии) или путем применения методов, разработанных на основе понимания механизмов галотолерантности. Помимо этого, природные галотолерантные растения или микроорганизмы могут быть использованы для создания полезных сельскохозяйственных культур или организмов для ферментации.

Функции клеток у галофитов

Толерантность к высоким концентрациям соли может быть достигнута различными путями. Высокие уровни соли, поступающие в растение, могут вызывать ионный дисбаланс, что приводит к нарушениям дыхания и фотосинтеза, снижению темпов роста, повреждениям и, в тяжелых случаях, к гибели. Чтобы растение считалось толерантным к засоленным условиям, его протопласт должен демонстрировать механизмы балансировки токсического и осмотического эффектов повышенных концентраций соли. Галофитные сосудистые растения могут выживать в почвах с концентрацией соли около 6%, а в экстремальных случаях – до 20%. Толерантность к таким условиям достигается за счет использования стрессовых белков и совместимых осмотических растворов в цитоплазме. Для существования в таких условиях галофиты, как правило, поглощают высокие уровни соли в свои клетки, что часто необходимо для поддержания осмотического потенциала ниже, чем в почве, и обеспечения поглощения воды. Высокие концентрации соли внутри клетки могут быть вредны для чувствительных органелл, таких как хлоропласты, поэтому происходит секвестрация соли. В результате этого соль накапливается в вакуоли для защиты этих деликатных участков. Если в вакуоли наблюдаются высокие концентрации соли, между вакуолью и цитоплазмой устанавливается высокий градиент концентрации, что требует значительных энергетических затрат для поддержания этого состояния. Поэтому накопление совместимых осмотических растворов в цитоплазме предотвращает возникновение такой ситуации. Аминокислоты, такие как пролин, накапливаются у галофитных видов рода Brassica, четвертичные аммониевые основания, такие как глицинбетаин, и сахара выполняют эту роль у галофитных представителей семейства Chenopodiaceae, а у видов семейства Asteraceae наблюдается накопление циклитов и растворимых сахаров. Накопление этих соединений позволяет сбалансировать осмотический эффект, предотвращая установление токсичных концентраций соли или необходимость поддержания высоких градиентов концентрации.

Бактериальная галотолерантность

Степень галотолерантности значительно различается у разных видов бактерий. Многие цианобактерии являются галотолерантными; одним из мест их обитания являются Макгадикгади Панс – крупное гиперсолёное озеро в Ботсване.

Грибная галотолерантность

Грибы из мест обитания с высокой концентрацией соли в основном галотолерантны (то есть они не нуждаются в соли для роста) и не галофильны. Галофильные грибы – редкое исключение. Галотолерантные грибы составляют относительно большую и постоянную часть сообществ гиперсоленых сред, таких как солнечные солеварни. Хорошо изученными примерами являются дрожжи Debaryomyces hansenii и черные дрожжи Aureobasidium pullulans и Hortaea werneckii. Последний способен расти как в среде без соли, так и в почти насыщенных растворах NaCl. Чтобы подчеркнуть эту необычайно широкую адаптивность, некоторые авторы описывают H. werneckii как "экстремально галотолерантный".