지구 온난화와 기후 변화에 대해 사람들이 말하는 것을 들어 보셨습니까? 이 용어들이 무엇을 의미하는지 아십니까? 이 용어는 기본적으로 지구가 매년 더워지고 있음을 의미합니다. 이러한 높은 온도는 예상치 못한 비정상적인 날씨 패턴으로 이어집니다. 이러한 극단적 인 날씨 패턴 중 하나는 빈번하고 심한 가뭄입니다. 가뭄은 비가 내리지 않고 매우 긴 건조 기간입니다. 심한 가뭄은 식물에 무엇을 의미합니까? 식물들은 정착되어 있습니다.즉,한 곳에 머물면서 우리가 할 수 있는 것처럼 움직일 수 없다는 뜻입니다. 그들은 그들의 뿌리를 당겨 하 고 그늘진 또는 젖은 자리에 재배치 수 없습니다. 따라서 식물은 어떻게 든 이러한 계속 증가하는 가뭄 조건을 처리해야하거나 단순히 죽을 것입니다. 식물은 우리의 음식이라는 것을 기억하십시오. 우리는 날것 또는 조리 된 식물을 먹습니다(당신의 엄마가 당신이 먹는다고 주장하는 야채들!)또는 아침 시리얼의 당신의 마음에 드는 상자 같이,가공하는. 그래서 가뭄으로 인해 식물이 죽으면 우리는 먹을 음식이 충분하지 않을 것입니다!

주변에 물이없는 경우,식물은 생존을 위해 무엇을 할 수 있습니까? 놀랍게도,모든 식물들은 유전자에 암호화된 가뭄 방어 전략을 위한 많은 유전자를 갖고 있는 것으로 보인다. 유전자는 책의 장처럼 유전자의 작은 부분이다. 이 유전자를 사용하는 방법은 가뭄에서 생존 할 수있는 능력을 결정합니다.

일부 식물은 가뭄에 강합니다. 가뭄에 강한 식물에 대해 이야기 할 때,우리는 죽지 않고 건조한 조건을 견딜 수있는 식물을 의미합니다. 가뭄에 강한 식물은 물 손실을 피하거나 피하는 세 가지 방어 전략을 사용하여 가뭄에서 살아남을 수 있습니다. 가뭄에 강한 식물은 자연에서 매우 드문 하 고 전혀 물 없이 오랜 기간을 견딜 수 있습니다. 가장 장엄한 가뭄에 강한 식물 중 일부를 부활 식물이라고합니다. 부활 식물은 오랜 기간 생존 할 수 있습니다(최대 3 년!)물 없이. 그러나,그들에 게 약간의 물 그리고 그들은 하루 또는 이틀에 다시 생활에 봄 것 이다. 다른 가뭄에 강한 식물은 장관하지 않을 수 있습니다,하지만 그들은 너무 특별한 기술과 방어 전략을 사용하여 가뭄의 짧은 기간 살아남을 수 있습니다.

일부 식물은 가뭄 상태에서 생존하는 데 도움이되는 특별한 구조를 가지고 있습니다.

일부 식물은 독특한 구조 때문에 가뭄에서 생존 할 수 있습니다. 이러한 구조적 특징은 물 손실,뿐만 아니라 식물을 흡수 하 고 물 저장 하는 데 도구 로부터 그들을 보호 하는 식물의 외부 갑옷을 포함 합니다. 가뭄에 강한 식물은 매우 건조한 환경에서 살고 생존 할 수 있도록 특별히 조정할 수 있습니다. 이 식물은 종종 물 쉽게 사용할 수 있는 지역에 살고 있는 식물에서 매우 다른 모양. 가뭄에 강한 식물은 일반적으로 특별한”회피”(방어 적응 중 하나!)더 적은 물 환경에 손실 되거나 더 많은 물 되 면 흡수 하 고 식물에 저장 되어 있는지 확인 하는 기능. 사막 다육 식물이라고 불리는 식물은 가뭄 회피 전략을 가진 식물의 좋은 예입니다. 사막 다육 식물은 두꺼운 다육 질의 잎을 가지고 있으며 종종 잎과 전혀 닮지 않으며 물 손실을 방지하기 위해 두꺼운 왁스 층이 있습니다. 사막 다육 식물은 또한 건조한 사막 토양 아래에서 물 을 검색하는 광범위한 뿌리 시스템을 가지고 있습니다(그림 1). 일부 다육 식물은 대형 전구 구조를 형성하는 특수 뿌리를 가지고 있으며,이는 실제로 식물의 지하 물 저장고입니다. 이 식물들은 전구에 저장된 물 을 사용하여 수년간의 가뭄에서 살아남을 수 있습니다.

식물이 잃는 물 대부분은 증산이라는 자연적인 과정으로 인해 손실됩니다. 식물은 기공이라고 불리는 잎 밑면에 구멍(구멍 또는 구멍)이 거의 없습니다. 식물은 뿌리를 통해 물 흡수 하 고 물 증기로 이러한 기공을 통해 공기에 출시. 가뭄 조건에서 살아 남기 위해 식물은 물 손실을 제한하기 위해 증산을 줄여야합니다. 건조한 조건에서 사는 일부 식물은 더 작은 잎과 따라서 더 적은 기공을 가지도록 진화했습니다. 극단적 인 예는 뾰족한 가시와 비슷한 잎을 가진 식물입니다. 일부 식물은 물 손실을 방지하기 위해 가뭄에 잎을 완전히 흘릴 수도 있습니다. 기본 규칙은 적은 잎이 증산을 통해 적은 물 손실을 의미한다는 것입니다. 이러한 극단적 인 잎 적응은 또한 배고프고 목 마른 새와 동물로부터 식물을 보호 할 수 있습니다(그림 1). 당신은 확실히 가시 식사를 좋아하지 않을 것입니다!

일부 적응은 매우 영리하며 식물이 씨앗으로 가뭄을”탈출”하는 것을 포함합니다(탈출은 또 다른 방어 전략임을 기억하십시오). 씨앗은 건조한 주문 중에 생존하고 비가 내릴 때 매우 빠르게 발아(새싹)하고 자라며 더 많은 씨앗을 생산합니다. 이 씨앗은 흩어져 있으며 오랜 기간 동안 극한의 가혹한 조건에서도 살아남을 수 있습니다. 사막 토양을 자세히 보면,당신은 단지 다시 발아하기 전에 비를 기다리고,주위에 거짓말을 씨앗을 많이 찾을 수 있습니다.

일부 식물은 가뭄에 대한 내부 방어 기능을 가지고 있습니다.

특수 구조물 외에도 식물은 물 부족으로부터 보호하기위한 내부 방어 기능을 갖추고 있습니다. 식물이 가뭄 조건을 경험할 때,몇몇 반응은 가뭄의 긴장을 가진 식물을 돕기 위하여 식물 안쪽에 빨리 일어날 것이다. 식물에서 발생하는 이러한 반응은 종종 매우 복잡하고 정교합니다. 우리는 당신에게 몇 가지 예를 줄 것입니다.

식물은 여전히 가뭄 동안 광합성을 수행해야합니다

식물은 엽록소라는 녹색 화학 물질을 포함하고 있기 때문에 녹색입니다. 엽록소는 식물의 에너지 공장 인 엽록체라고 불리는 특수 구조로 포장됩니다. 물 및 이산화탄소(이산화탄소)와 함께 엽록소는 햇빛을 사용하여 설탕을 만듭니다. 이 설탕은 식물이 성장하고 번성 할 수있게합니다. 이 광합성의 과정이며,그것은 물 가용성에 연결되어 있습니다.

식물의 토양에 많은 물이없는 경우,광합성의 과정은 조금 다르게 일어날 것이며,활성 산소라는 손상 화학 물질의 형성을 초래할 것이다. 이것은 식물이 태양의 에너지를 사용하는 방법을 신중하게 제어해야한다는 것을 의미합니다. 광합성 중에 이산화탄소는 기공(앞에서 언급 한 작은 모공)을 통해 식물에 들어가야합니다. 하지만 기억,오픈 기공 물 증산을 통해 손실 됩니다 의미! 그래서 식물은 광합성이 일어나기에 충분한 물,충분한 이산화탄소를 가지고 있는지 확인하는 어려운 문제에 직면 해 있습니다. 이를 위해 식물은”관리자”라는”관리자”를 사용합니다.

식물이 물 부족을 경험하면 아바가 빠르게 생성되어 기공으로 운반된다. 기공에서 아바는 기공이 팽창 압력(그림 2)이라고 불리는 것을 조작하여 어떻게 열리고 닫히는 지 제어합니다. 팽창 압력은 세포 내부의 유체에 의해 식물 세포의 벽에 가해지는 압력입니다. 더 많은 물 셀(풀러 셀)에 있고 더 큰 압력. 터거 압력 관리는 이산화탄소 섭취와 물 손실 사이의 균형을 제공하여 광합성이 발생할 수 있습니다. 물 가뭄 조건에서 제한 남아있는 경우 그러나,결국 식물은 가뭄의 스트레스에 대처 할 수 없습니다 및 전체 광합성 과정이 제대로 작동을 중지 할 수 있습니다. 그러나 가뭄에 강한 식물은 광합성 중에 물 손실 문제를 피할 수있는 영리한 방법을 알아 냈습니다. 그들은 단지 이산화탄소를 채택하기 위하여 밤의 차가운 도중 그들의 기공을 엽니다. 그들은 그 때 이 이산화탄소를 저장하고 광합성을 위해 주간에서 이용합니다. 이 방법,그들은 폐쇄 기공을 유지할 수 있기 때문에 그들은 하루 동안 적은 물 손실,하지만 그들은 성장을 계속할 수 있습니다—정상보다 조금 느린 있지만.

식물은 위험한 자유 라디칼로부터 스스로를 보호해야합니다

가뭄 조건에서 식물이 광합성과 물 손실의 균형을 제대로 맞출 수없는 것처럼 보일 때,식물은 자유 라디칼이라고 불리는 불쾌한 작은 분자를 다루어야 할 것입니다. 자유 래 디 칼 광합성,동안 자연스럽 게 발생 하지만 많은 물 사용할 수 없는 경우 더 많은 자유 래 디 칼 양식. 활성 산소는 유전자,세포막,단백질 및 당에 손상을 줄 수 있기 때문에 세포에 매우 위험 할 수 있습니다(이 모든 물질은 세포의 생존에 필수적입니다)!

식물은 낮은 양의 자유 라디칼을 다루는 데 사용됩니다. 그러나 가뭄에 강한 식물은 보호 물질을 축적하기 때문에 자유 라디칼을 다루는 데 정말 좋습니다. 이러한 보호 물질을 자유 라디칼 제거제라고합니다. 자유 라디칼 청소부의 존재는 종종 식물의 색의 변화를 야기한다. 이 청소부가 쌓일 때 식물은 종종 붉은 색이나 자주색으로 변합니다(그림 3 에서 건조한 식물의 자주색 잎을 보십니까?). 자유 래 디 칼 청소부는 자연에서 널리 발생 하 고 그들의 유해한 영향 으로부터 식물을 보호 하기 위해 자유 래 디 칼을 청소에 아주 좋은.

식물은 세포 내의 물량을 조절할 필요가 있다

삼투는 생물학에서 중요한 개념이다. 기본적으로,삼투는 특정 분자가(소금,설탕 및 유리기 같이)더 높은 농도에서 생기는 지역에 막을 가로질러 물(세포막 같이)의 운동입니다. 이렇게 함으로써,물 농도 막의 양쪽에 동일한 되도록 이러한 분자의 농도 희석 됩니다. 이제 물 손실로 고통받는 식물에 어떤 일이 일어나는지 생각해보십시오. 이 삼투가 발생할 수 있도록 충분한 물이없는,그래서 분자는 슈퍼 식물 세포 내부에 집중된다. 특히 이러한 분자가 자유 라디칼 인 경우 일반적으로 좋은 것은 아닙니다.

다시 한번,가뭄에 강한 식물은이 문제를 해결하기위한 매우 멋진 전략을 가지고 있습니다. 가뭄의 첫 징후에서,이 식물의 세포는 삼투압 조절(오오)이라고 불리는 것에 관여하는 많은 분자를 축적 할 것입니다. 이 변화는 세포 내의 용질 농도입니다. 이것은 설탕이 용질인 물 속에 설탕을 녹일 때와 같습니다. 이 분자(용질)는 당,아미노산 또는 작은 단백질 일 수 있습니다. 이 분자의 목적은 세포 밖으로 물 이동을 제한하는 것입니다. 이 분자를 가뭄 내성에서 독특하게 만드는 것은 많은 기능을 제공한다는 것입니다. 이 분자는 활성 산소로부터 단백질을 보호하기 위해 물리적으로 결합 할 수 있습니다. 그들은 또한 물 자체를 묶어 식물 세포 밖으로 나가는 것을 방지 할 수 있습니다. 이 물 분자는 또한 막에 결합하여 물이 제한 될 때 식물의 구조를 안정화시킵니다.

부활 식물은 가뭄에 강한 식물이 우리가 지금까지 논의한 개념을 어떻게 통합하는지에 대한 완벽한 예입니다. 부활 식물은 완전한 물 손실에서 살아남을 수 있습니다. 그들은 방대한 양의 오스를 축적하고 자유 라디칼 제거제를 방출하며 길고 심한 가뭄에서 생존 할 수있는 특수 보호 단백질을 생산합니다. 그들은 잎을 접고 비가 내릴 때까지 기다리는 동안이 모든 작업을 수행합니다(그림 3). 이 과정은 최대 절전 모드로 들어가는 곰과 비교 될 수 있습니다.

식물의 유전자는 가뭄에 대한 반응을 제어

우리는 가뭄으로부터 식물을 보호하는 데 사용되는 이러한 과정을 매우 단순화 된 방식으로 논의했음을 명심하십시오. 이러한 프로세스를 면밀히 살펴보면 실제로 매우 복잡합니다. 아주 기본적인 수준에서,이러한 과정은 식물의 유전자 코드—유전자 사용에 의해 규제됩니다. 가뭄에서 살아남기 위해 필요한 물질들은 적절한 시기에 이 코드에 접근함으로써 생산될 것이다. 식물이 가뭄을 살아날 것을 돕는 유전자 코드의 이 접근은 식물의 유전 반응이라고 칭합니다.

가뭄으로 인한 스트레스를 경험하는 식물의 유전적 반응은 매우 복잡하며,많은 유전자들이 켜지거나 꺼진다. 첨단 컴퓨터 기술을 사용하여 과학자들은 이제 가뭄으로부터 식물을 보호하는 역할을하는 대부분의 유전자를 식별 할 수 있습니다. 이 기술은 문자 그대로 수백 개의 유전자가 필요한 곳과시기에 따라 켜지거나 꺼지는 것을 발견했습니다! 첫 페이지 끝에 완전히 지루할 것이기 때문에 이러한 모든 유전자를 나열 할 수는 없습니다! 우리가 말할 것은 이들 유전자가 주로 세 그룹으로 분류된다는 것입니다:(1)유전자를 켜고 끄는 데 중요한 다른 유전자를 제어하는 유전자; (2)식물에 있는 가뭄 보호로 돕는 물질을 생성하는 유전자;그리고(3)물 통풍관과 수송에서 포함된 유전자.

식물이 가뭄을 피하거나 견딜 수 있도록 돕는 데 어떤 유전자가 역할을 하는지를 아는 것이 왜 중요하다고 생각합니까? 우리 작물의 대부분은 실제로 가뭄에서 살아남을 수 없습니다. 우리는 어떻게 우리의 작물을 보호하거나 가뭄에 더 저항 할 수 있습니까? 우리는 가뭄에 저항하는 식물을 생성하기 위하여 가뭄 조건 도중 켜지거나 꺼지는 유전자의 지식을 이용할 필요가 있습니다.

수년에 걸쳐 식물 과학자들은 가뭄에 강한 작물을 생산하는 데 약간의 성공을 거두었습니다. 이 가뭄에 강한 작물은 주로 가뭄 조건에서 잘 살아남은 개별 식물을 선택하고 번식시킴으로써 생산되었습니다. 지난 수십 년 동안 유전자 변형 식물을 연구하는 과학자들은 가뭄에 강한 작물을 생산하는 데 집중하기 시작했습니다.

유전자 변형 식물을 생산하기 위해,새로운 유전자(모든 출처에서!)는 식물의 유전자에 삽입됩니다. 이 새로운 유전자를 삽입함으로써 과학자는 유전자 변형 식물에 새롭고 유용한 특성을 도입하기를 희망합니다. 부활 식물에서 수백 가지의 유용한 유전자 중에서 선택하고 그 중 일부를 밀에 도입 할 수 있다고 상상해보십시오! 불행히도 소수의 가뭄에 강한 식물(예:옥수수/옥수수 및 사탕 수수)만 성공적으로 생산되었습니다. 일반 대중에게 유전자 변형 식물이 위험하지 않다는 것을 설득하는 것을 포함하여 훨씬 더 많은 작업을 수행해야합니다!

결론

식물은 물 부족에 관해서 정말로 취약합니다. 가뭄은 식물의 성장,발달,생산성 및 궁극적으로 생존에 영향을 미칩니다. 그러나 식물은 가뭄에 대한 보호 기능이 내장되어 있습니다. 그들은 탈수를 피하거나 견딜 수있는 구조적 적응을 가질 수 있습니다. 그들은 또한 물 부족 되 고 실현 하는 때 물 손실을 제한 하려고 활성화 되는 몇 가지 내부 방어. 이 모든 방어 시스템은 식물의 유전자에 의해 조절됩니다. 이 유전자에 대한 지식과 그들이 가뭄으로부터 식물을 보호하는 데 어떻게 관여하는지에 대한 지식은 인류에게 가뭄에 강한 유전자 변형 작물을 만들 수있는 희망을 제공합니다.

용어집

정착:식물처럼 움직일 수 없고 한 곳에 머물러 있는 유기체.

다육 식물:물 저장 될 수있는 두껍고 다육 질의 잎과 줄기가있는 식물.

증산:식물 뿌리가 물 을 흡수 한 다음 잎의 기공(기공)을 통해 물 증기를 방출하는 과정.

기공:물이나 가스가 식물 안팎으로 이동할 수 있는 잎의 아랫면에 작은 구멍이 있다.

광합성:식물이 물,빛 및 이산화탄소를 사용하여 자신의 음식(당의 형태로)을 생산하고 산소를 공기 중으로 방출하는 과정.

자유 라디칼: 그들이 접촉하는 어떤 것과도 반응하고 손상시키는 분자들입니다.

아바:식물의 물 균형을 관리하는 데 도움이되는 식물 호르몬 인 압시 시스 산.

팽창 압력:세포 내부의 유체에 의해 식물 세포벽에 가해지는 장력. 유리 병 안에 배치 한 풍선을 채우는 것을 상상해보십시오. 너가 풍선을 좀더 채우기 때문에,엄밀한 식물 세포 벽향하여 액체 엄밀한 유리제 단지에 대하여 위로 다만 누른다.

삼투:한 세포에서 다음 세포로 세포막을 통해 물 이동. 왜? 막의 양측에 용질의 동등한 농도를 지키기 위하여.

삼투 조절:식물 세포에서 용질의 농도를 변경합니다.

용질:용액(물)에 용해되는 물질(설탕과 같은).

이해 상충 성명

저자는 연구가 잠재적 인 이해 상충으로 해석 될 수있는 상업적 또는 재정적 관계가없는 상태에서 수행되었다고 선언합니다.

감사의 글

그림은 마음 그래프 플랫폼(www.mindthegraph.com).2016 년 11 월 15 일-2016 년 12 월 15 일-2016 년 12 월 15 일-2016 년 12 월 15 일-2016 년 12 월 15 일-2016 년 12 월 15 일-2016 년 12 월 15 일 가뭄 스트레스에 대한 식물 적응. 1000 년 5 월(1000 학부 목사):1554. 10.12688/에프 1000 연구.7678.1

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