Informatie

Wat doen halofyten met het zout?


Het antwoord op "Hoe groeien sommige planten in zout water, terwijl andere afsterven?" biedt enkele hints over hoe zouttolerante planten winkel zout door het uit de cellen te verplaatsen, en kan ook omgaan met hogere zoutconcentraties in cellen, maar wat gebeurt er daarna? Sturen de planten het zout op de een of andere manier uit? Steeds grotere hoeveelheden opslaan in meer en grotere vacuolen? Omzetten in iets nuttigers door chemische reacties? Evenwichtsconcentraties bereiken met het water waarin ze groeien en afhankelijk zijn van osmose?

Het lijkt deze leek dat planten die in zout water in de tropen groeien, behoorlijk veel water verdampen, en als dat wordt vervangen door zout water, nemen ze behoorlijk veel zout op.


Er zijn een aantal strategieën die zouttolerante planten kunnen gebruiken om te overleven in omstandigheden met veel zout.

Planten kunnen de concentratie van compatibele opgeloste stoffen in hun cel verhogen tot het punt waarop de intracellulaire concentratie van opgeloste stoffen de concentratie van het water in de omgeving benadert. Door dit te doen, kunnen de planten het waterverlies door osmose minimaliseren, terwijl ze ervoor zorgen dat de cellen geen schadelijke niveaus van zoutgehalte bereiken.

Echter, compatibele opgeloste stoffen zijn vaak niet voldoende om de effecten van zoutstress volledig te bestrijden. Zoutstress zorgt voor hogere concentraties van vrije zuurstofradicalen, die schade kunnen toebrengen aan DNA en andere celcomponenten. Van mangrovebomen is gevonden dat ze een verhoogde expressie van reparatie-eiwitten en antioxidanten hebben wanneer ze worden blootgesteld aan zoutstress.

Bovendien is gevonden dat mangroven zout uit hun wortelcellen en hun bladeren kunnen afscheiden. Ze hebben ionentransporters die actief natriumionen uit hun cellen naar de extracellulaire ruimte pompen. Ze hebben zoutfiltermechanismen waarmee ze het water uit zout water kunnen opnemen zonder het zout in het water op te nemen.

Kortom, zouttolerante planten houden wat zout in hun cellen vast, maar gebruiken ook ionenpompen en compatibele opgeloste stoffen om de zoutconcentraties in hun cellen te beperken. Ze kunnen selectief water uit zout water opnemen en reparatiemechanismen gebruiken om de schade van hoge zoutconcentraties in hun cellen te beperken.

Kao, C.H. 2015. Mechanismen van zouttolerantie in rijstplanten: compatibele opgeloste stoffen en aquaporines. Gewas, milieu en bio-informatica 12:73-82.

Wang, L., Pan, D., Lv, X., Cheng, C.L., Li, J. Liang, W., Xing, J en W. Chen. 2016. Een onderzoek op meerdere niveaus om te ontdekken waarom Kandelia candel gedijt in een hoog zoutgehalte. Plant, cel en omgeving 39:2486-2497.

Srikanth, S., Kaihekulani, Lum, Y. en Z. Cheng. 2016. Mangrovewortel: aanpassingen en ecologisch belang. Bomen 30:451-465


Halofyt

halofyt Een plant die een hoge zoutconcentratie in de bodem kan verdragen. Dergelijke omstandigheden komen voor in schorren en slikken. Halofyten bezitten enkele van de structurele modificaties van bijvoorbeeld xerofyten, waarvan vele vetplanten zijn. Bovendien zijn ze fysiologisch aangepast om het hoge zoutgehalte van het bodemwater te weerstaan: hun wortelcellen hebben een hoger dan normale concentratie aan opgeloste stoffen, waardoor ze water door osmose uit de omringende bodem kunnen opnemen. Voorbeelden van halofyten zijn mangrovebomen (zie mangrovemoeras), zuinigheid (Armeria), lamsoor (Limonium), en rijstgras (Sparta). Vergelijk hydrofyt mesofyt.

Citeer dit artikel
Kies hieronder een stijl en kopieer de tekst voor uw bibliografie.

Citaatstijlen

Encyclopedia.com geeft u de mogelijkheid om referentie-items en artikelen te citeren volgens gangbare stijlen van de Modern Language Association (MLA), The Chicago Manual of Style en de American Psychological Association (APA).

Kies in de tool 'Dit artikel citeren' een stijl om te zien hoe alle beschikbare informatie eruitziet wanneer deze is opgemaakt volgens die stijl. Kopieer en plak de tekst vervolgens in uw bibliografie of lijst met geciteerde werken.


Potentieel gebruik van halofyten om zoute bodems te saneren

Zoutgehalte is een van de toenemende problemen die enorme opbrengstverliezen veroorzaakt in veel regio's van de wereld, vooral in aride en semi-aride regio's. Om de gewasproductiviteit te maximaliseren, moeten deze gebieden in gebruik worden genomen waar er opties zijn om zoutgehalte te verwijderen of om zouttolerante gewassen te gebruiken. Het gebruik van zouttolerante gewassen verwijdert het zout niet en daarom kunnen halofyten die het vermogen hebben om zich op te hopen en het zout uit te sluiten een effectieve manier zijn. Methoden voor zoutverwijdering omvatten agronomische praktijken of fytoremediatie. De eerste is kosten- en arbeidsintensief en vereist enkele ontwikkelingsstrategieën voor implicatie, integendeel, de fytoremediatie door halofyt is meer geschikt omdat het heel gemakkelijk kan worden uitgevoerd zonder die problemen. Verschillende soorten halofyten, waaronder grassen, struiken en bomen, kunnen het zout verwijderen uit verschillende soorten door zout aangetaste problematische bodems door zout uit te sluiten, uit te scheiden of op te hopen door hun morfologische, anatomische, fysiologische aanpassing in hun organelniveau en cellulair niveau. Het benutten van halofyten voor het verminderen van het zoutgehalte kan ook een goede bron zijn om te voorzien in de basisbehoeften van mensen in door zout aangetaste gebieden. Deze beoordeling richt zich op de speciale adaptieve kenmerken van halofytische planten onder zoute omstandigheden en de mogelijke manieren om deze planten te gebruiken om het zoutgehalte te herstellen.

Figuren

Lijst van belangrijke halofyten besproken ...

Lijst van belangrijke halofyten die in dit artikel worden besproken. (een) Mesembryanthemum crystallinum , (B)…

Mogelijk groeipatroon van halofyt…

Mogelijk groeipatroon van halofyt onder zoute toestand.

Schematische illustratie van de groei van…

Schematische illustratie van de groei van verschillende soorten planten onder zoute toestand.


Zouttolerantie van halofyten, onderzoeksvragen bekeken in het perspectief van zoute landbouw

Halofyten van de laaggelegen kustkwelder vertonen een verhoogde zouttolerantie en groeien bij een hoog zoutgehalte sneller dan bovenkweldersoorten. We konden geen verminderde groeisnelheid van halofyten aantonen in vergelijking met glycofyten wanneer gekweekt onder niet-zoute omstandigheden. Dit duidt op beperkte energiekosten in verband met een hoge zouttolerantie in planten van geslachten zoals: zeekraal, die een goed perspectief bieden op de teelt van zoute landbouw zeekraal als groentegewas.

We laten zien dat halofyten niet voorkomen op niet-zoute of landinwaartse locaties vanwege een verminderde groeisnelheid bij een laag bodemzoutgehalte, maar waarschijnlijk vanwege andere ecologische kenmerken van glycofytische bovenmoerassen. Deze eigenschappen bieden concurrentievoordeel ten opzichte van lagere kwelderhalofyten, zoals eerdere ontkieming en langere groeiseizoenen.

Sommige halofytische Amaranthaceae (Salicornioideae, Chenopodioideae en Suaedoideae) zijn niet alleen zeer zouttolerant, hun groeisnelheid wordt gestimuleerd bij een zoutgehalte van 150-300 mM NaCl. Als alternatief kan dit worden beschreven als verminderde groei bij een laag zoutgehalte.

Selectieve druk voor een dergelijke hoge zouttolerantie en door zout gestimuleerde groei vond waarschijnlijk plaats met het heersende droge klimaat en zoute bodemgesteldheid. Onder dergelijke omstandigheden kunnen de zeer zouttolerante succulente Salicornioideae, Chenopodioidea en Suaedoideae ongeveer 65 Mya zijn geëvolueerd. In de context van evolutie en diversificatie van landplanten is deze oorsprong van zeer zouttolerante vetplanten relatief recent.

Een dergelijke hoge zouttolerantie kan worden gekarakteriseerd als constitutief in vergelijking met induceerbare (lagere) zouttolerantie van andere dicotyledonae en monocotyledonae (Poaceae) soorten. Niveaus van zouttolerantie van het laatste type omvatten een groot bereik van lage, gemiddelde tot hoge zouttolerantie, maar omvatten geen door zout gestimuleerde groei. Zouttolerante eigenschappen van het laatste induceerbare type lijken herhaaldelijk en onafhankelijk te zijn geëvolueerd.

Vroege zeer zouttolerante succulenten Salicornioideae, Chenopodioidea en Suaedoideae waren meerjarig en vorstgevoelig en kwamen voor in warme gematigde en mediterrane streken. Een verschuiving van de vaste plant Sarcocornia tot een jaarlijkse levensvorm is fylogenetisch gedateerd rond 9,4-4,2 Mya en maakte de evolutie mogelijk van jaarlijkse hygrohalofyten in meer noordelijke kustlocaties tot aan boreale en subarctische kustlocaties om schade door wintervorst te voorkomen. Diversificatie van dergelijke hygrohalofyten werd vergemakkelijkt door polyploïdisatie (bijv. het optreden van tetraploïde en diploïde zeekraal soorten), en een hoge mate van inteelt waardoor sympatrisch optreden van zeekraal soorten in kwelders aan de kust.

Zouttolerantie op hoog niveau is waarschijnlijk een zeer complexe polygene eigenschap. Het is onwaarschijnlijk dat glycofyten de juiste allelvarianten zouden accommoderen op alle loci die betrokken zijn bij halofytzouttolerantie. Dit zou kunnen verklaren waarom pogingen om de zouttolerantie van gewassen te verbeteren door middel van conventionele veredeling en selectie tot nu toe niet succesvol zijn geweest.

Genetische manipulatie biedt een levensvatbaar alternatief, maar de keuze voor de juiste transgenen wordt bemoeilijkt door een fundamenteel gebrek aan kennis van de mechanismen van zouttolerantie bij halofyten. De kansen om de bepalende genen te identificeren via QTL-analyses of vergelijkingen tussen near isogene lijnen (NILS) zijn beperkt. Zouttolerantie is meestal een soort-brede eigenschap in halofyten, en intraspecifieke divergentie in zouttolerantie bij facultatieve halofyten lijkt vaak geassocieerd te zijn met chromosomale incompatibiliteit.

Een verscheidenheid aan kandidaat-zouttolerantiegenen is geïdentificeerd in Arabidopsis thaliana, waaronder genen die coderen voor Na+- en K+-transporters, en genen die betrokken zijn bij de algemene stress- of antioxidantrespons, of bij een compatibel metabolisme van opgeloste stoffen. Veel van deze genen zijn tot overexpressie gebracht in verschillende glycofytische gastheren, wat gewoonlijk de reactie op hoge zoutgehaltes tot op zekere hoogte leek te verlichten. Op enkele uitzonderingen na zijn er echter geen aanwijzingen dat dezelfde genen verantwoordelijk zouden zijn voor de superieure zouttolerantie in (eu)halofyten. Vergelijkingen van genexpressie en genpromotoractiviteitspatronen tussen halofyten en glycofyten ontbreken, op enkele uitzonderingen na, vrijwel niet, wat een belangrijke omissie is in het huidige zouttolerantieonderzoek.

Volledige genoom transcriptomische vergelijkingen tussen halofyten en verwante glycofyten door middel van diepe sequencing lijken de meest veelbelovende strategie te zijn om kandidaat-genetische determinanten van het verschil in zouttolerantie tussen halofyten en glycofyten te identificeren.

De meest betrouwbare validatie van een kandidaat-gen is door het gen in de halofytische genetische achtergrond tot zwijgen te brengen, bij voorkeur tot het niveau waarop het tot expressie wordt gebracht in de glycofyt-referentiesoort. Hiervoor zijn genetisch toegankelijke halofytenmodellen nodig, die tot op heden niet beschikbaar zijn, met uitzondering van: Thellungiella halophila. Er zijn echter meer modellen nodig, vooral omdat: T. halophila is geen typische halofyt. Uiteindelijk kan worden verwacht dat het opstapelen van gevalideerde genen voor zouttolerantie onder geschikte promotors een haalbare strategie is voor verbetering van de zouttolerantie van gewassen.

Grafisch abstract

Hoogtepunten

► Hoge zouttolerantie en door zout gestimuleerde groei van Salicornioideae, Chenopodioidea en Suaedoideae is uniek onder de terrestrische angiospermae. ► Bewijs voor een afweging tussen hoge zouttolerantie en verminderde relatieve groeisnelheid ontbreekt. De betrokken energiekosten kunnen beperkt zijn. ► Moleculaire fylogenie geeft aan dat de evolutie van een hoge zouttolerantie van halofytische Amaranthaceae verband hield met zoute, droge omstandigheden 65 Mya. ► Er wordt een schets gegeven voor een succesvolle moleculair biologische en genetische benadering om de zouttolerantie te verbeteren. ► Genetisch toegankelijke halofytenmodellen zijn onmisbaar om de fysiologische en moleculaire mechanismen van zouttolerantie in halofyten te begrijpen.


Mechanismen van zoutgehaltetolerantie

Rana Munns en Mark Tester
Vol. 59, 2008

Abstract

De fysiologische en moleculaire mechanismen van tolerantie voor osmotische en ionische componenten van zoutgehaltestress worden beoordeeld op cellulair, orgaan- en plantniveau. Plantengroei reageert in twee fasen op zoutgehalte: een snelle, osmotische fase die remt. Lees verder

Figuur 1: Diversiteit in zouttolerantie van verschillende soorten, weergegeven als toename van droge stof van scheuten na groei in oplossing of zandcultuur met NaCl gedurende minimaal 3 weken, ten opzichte van plantgr.

Figuur 2: De groeireactie op zoutspanning vindt plaats in twee fasen: een snelle reactie op de toename van de externe osmotische druk (de osmotische fase) en een langzamere reactie als gevolg van de accumulatie.

Figuur 3: De thermodynamica en mechanismen van Na+- en Cl−-transport op de grensvlakken van de bodem-wortel en stellaire cel-xyleemvaten in wortels. Indicatieve cytosolische pH, ionenconcentraties en spanningen zijn de.

Figuur 4: Verschillen in vacuolaire concentraties van Na+ tussen wortels van transpirerende tarweplanten die groeien in 150 mM NaCl. Concentraties werden gemeten door kwantitatieve en gekalibreerde röntgenmicroanalyse.

Figuur 5: Hypothetische relaties tussen tolerantie voor zoutgehalte en Na+-concentratie in het blad voor drie verschillende soorten, aangeduid met a, b en c voor rijst, harde tarwe en gerst. Binnen de meeste soorten, t.

Figuur 6: Relaties gemeten tussen saliniteitstolerantie (biomassa in zout als % van biomassa onder controlecondities) en blad Na+-concentratie in verschillende tarwesoorten. (a) Negatief verband f.


Halofyten: zouttolerante planten

Halofyten zijn planten die verdragen of gedijen in zoute omstandigheden. Ik heb onlangs de illustraties voor een kaart met bloemen aan de kust afgemaakt en vroeg me af hoe deze planten kunnen overleven in deze vijandige habitats? Een andere klus, het illustreren van postzegels voor een Seaside Flowers-uitgifte, heeft mijn interesse gewekt.

Deze blog liet me het internet afspeuren en raakte steeds meer gefascineerd door wat ik vond. Ik ben echter geen expert en zou geïnteresseerde lezers verwijzen naar de bibliografie aan het einde van de blog voor referenties en verder lezen.

Zeewinde Calystegia soldanella

Zout schade

Zout beschadigt de meeste planten omdat het de manier waarop cellen water opnemen in de war brengt. Een plant die niet geschikt is voor zoute (of halien) omstandigheden zouden niet lang duren in een kwelder of kustgebied. Zout water kan de plantengroei en fotosynthese verminderen. Het leidt tot een onbalans van voedingsstoffen en ionen. Het verandert de productie en werking van plantenhormonen. Het is duidelijk dat het het voor planten moeilijk maakt om hun waterhuishouding te reguleren.

Halofyten

Sommige planten zijn geëvolueerd om deze barre omstandigheden te overleven. Dit zijn de Halofyten. Ze kunnen een scala aan zoute omgevingen verdragen, van kwelders tot droge en zoute woestijnen. Door hun aanpassingen kunnen ze de effecten van zoutnevel van zich afschudden en kunnen ze leven in bodems die verzadigd zijn met zout water. Het is niet elke plant die dit kan. Slechts 1 tot 2% van de flora in de wereld zijn halofyten. Hiervan is "naar verluidt slechts 0,25% in staat om hun levenscyclus in zoute bodems te voltooien" (Flowers et al 1990, Nieuwe fytoloog 1990)

(Planten die niet tegen zout kunnen worden genoemd glycofyten. Dit vertaalt zich letterlijk uit het Latijn als "Zoete liefhebbende planten".)

Soorten Halofyt

Er zijn verschillende classificaties van halofyten, meestal afhankelijk van de zoutconcentraties die ze kunnen overleven. Er zijn Verplichte halofyten, planten die zout nodig hebben om te groeien. Een voorbeeld hiervan is de Zeekraal, zeekraal.

Zeekraal Salicornia europaea

Er zijn veel meer Faculatieve halofyten. Deze planten kunnen tegen zout, maar zullen ook gedijen in niet-zoute omstandigheden.

Sommige halofyten hebben natte grond of kwelders nodig om te overleven. Deze worden genoemd Hydro-halofyten. Een mangroveboom is het meest voor de hand liggende voorbeeld.

Mangrovemoeras – een haline habitat

Xero-halofyten gedijen goed op droge en zoute gronden, zoals woestijnen. Ze kunnen zowel onvoorspelbare regens als zoute bodems aan. De wierookboom is een voorbeeld.

Aanpassingen aan zoute omgevingen

Hoewel er niet enorm veel halofyten zijn, zijn ze verdeeld over veel plantenfamilies. Er wordt aangenomen dat de aanpassingen die nodig zijn om te overleven in deze onherbergzame habitats bij vele gelegenheden onafhankelijk zijn geëvolueerd. Het feit dat zoveel soorten met vergelijkbare coping-mechanismen zijn beland, is nog een ander voorbeeld van convergente evolutie.

Aanpassingen: een succulent zijn

Veel halofyten zijn vetplanten. Dit betekent dat hun stengels en bladeren vlezig en waterig zijn. Vetplanten hebben minder cellen en deze cellen zijn langer dan die in andere planten.

Hottentot vijgen Carpobrotus edulis

Zout absorbeert water, dus het is van vitaal belang om dit tegen te gaan. In vetplanten wordt vocht behouden met behulp van veel van deze watervoerende cellen. Deze waterige cellen slagen erin de zoutconcentratie in het celsap te verdunnen. Dunne celwanden zorgen ervoor dat elke cel kan zwellen en zijn waterige belasting kan opvangen.

Engelse muurpeper Sedum anglicum

Aanpassingen: Kleine bladeren

Halofytbladeren zijn uitstekend in het tegengaan van de uitdrogende effecten van zout. Veel halofytenplanten hebben kleine bladeren. Deze hebben een klein oppervlak, waardoor er minder water verloren gaat door transpiratie. Veel soorten hebben weinig en kleine huidmondjes. Nogmaals, dit helpt de plant zich aan water vast te klampen.

Kleine Zeespurrey jachthaven van Spergularia

Hoewel ze klein zijn, kunnen de bladeren dik en sappig zijn. De verhouding tussen waterbergende ruimte en oppervlakte is hoog.

Bijtend muurpeper Sedum acre

Bij sommige halofyten worden dikkere epidermale lagen gezien, en vele hebben een dikke, wasachtige cuticula die helpt om de bladeren waterdicht te maken.

Onthoud dat bladeren het water binnen moeten houden, maar ze moeten de plant ook beschermen tegen de externe schade die zoutspray kan toebrengen. De dikkere epidermis en cuticula doen beide.

Sommige halofytische planten hebben bladeren met een laag chlorofylgehalte. Misschien draagt ​​dit bij aan de blauwachtige tint van veel van hun bladeren?

Aanpassingen: Zout afscheiden & Zoutklieren

Zoutniveaus kunnen worden geregeld met behulp van zoutklieren. Deze scheiden zout uit, ofwel direct op het bladoppervlak, ofwel in een discrete klier. Dit kunnen vacuolen van blaascellen zijn en zijn vaak verborgen net onder het oppervlak van de epidermis. Bij sommige soorten barsten deze klieren open, bij andere breken ze af en vallen ze van de plant, waarbij ze hun giftige zoutlast met zich meedragen.

Deze zoutblazen vangen de ophoping van zout of andere ionen op en zorgen ervoor dat een plant bepaalde elementen uit zijn weefsels kan weren.

Lavendelsoorten hebben zoutklieren net onder het niveau van de epidermale cellen.

Zee Lavendel Limonium vulgare

Zoutklieren kunnen gespecialiseerd zijn Trichomen (uitgroei van de epidermis van een plant). Veel kustplanten hebben grijsblauwe stengels en bladeren. In veel gevallen zijn ze bedekt met een grote verscheidenheid aan trichomen. Sommige zijn eenvoudig, andere zijn onvertakt. Deze hebben niet alleen invloed op de bladtemperatuur en helpen de waterbesparing, maar dragen ook bij aan die onderscheidende tint.

Geelhoornpapaver Glaucium flavum

Aanpassingen: Stoere zaden

Zaden van halofyten zijn uitgebreid onderzocht en hun levensvatbaarheid en vermogen om te ontkiemen in zoute omstandigheden is verbazingwekkend.

Velen hebben dikke en wasachtige zaadlagen. Zaden kunnen groot zijn. Het zijn echter de hormonale regulatie en ontkiemingspatronen die het meest interessant zijn.

Kiemtijden zijn vaak erg snel en tijden van reproductie en kieming kunnen strak worden gecontroleerd door plantenhormonen. Herstel van kieming na zoutstress of droogte (bij xerohylophten) is snel. Flowers en Colmer hebben uitgebreid onderzoek gedaan naar dit onderwerp.

Grotere zeespurrey Spergularia media

Greater Sea spurrey, waarvan de kiemrustpatronen uitgebreid zijn onderzocht door Ungar.

Aanpassingen: Geweldige roots

Wortels spelen een belangrijke rol bij de zoutregulering. Sommige halofyten produceren pneumatoforen, structuren die vanuit zout water in de lucht uitsteken (zie mijn blog over Wortelvariëteit voor meer informatie hierover).

Andere planten hebben uitgebreide netwerken van wortels die uitgroeien tot minder zoute substraten. Adventieve wortels zorgen voor horizontale groei, waardoor een plant direct boven zoute gronden kan groeien.

helmgras Ammophila arenaria

Aanpassingen: zout accumuleren en dan sterven

Een extremere oplossing is om gewoon zout te verzamelen... en dan dood te gaan. wat haast (Juncus) soorten doen dit. Ze hebben geen middelen om hun zoutbalans te reguleren. Dit lijkt hen er echter niet van te weerhouden zoute omgevingen te koloniseren en zich met succes voort te planten.

Waarom kiezen voor een zoute omgeving?

Na te hebben gekeken naar aanpassingen aan deze vijandige omgeving, moet men zich afvragen: "Waarom daar groeien?" Het is duidelijk dat het zout problematisch is en een arsenaal aan evolutionaire coping-mechanismen vereist. Dus waarom zou je die energie besteden aan het exploiteren van zo'n omgeving?

Ten eerste is er niet veel concurrentie. Zoals eerder vermeld, kan 95% van de planten een zoute habitat niet overleven. Dat is 95% minder potentiële concurrenten voor uw niche.

Haline-habitats kunnen ook minder roofdieren bevatten en kunnen helpen het aantal ongedierte laag te houden. In de literatuur is er ook enige suggestie dat zoute omgevingen ziekten kunnen helpen voorkomen, hoewel ik dit niet volledig heb onderzocht.

Voorbeelden van halofyten

Dus welke planten zijn halofyten? Het hangt gedeeltelijk af van uw definitie, maar hieronder zijn enkele voorbeelden.

In de grasfamilie Poaceae, Helmgras en Koordgras groeien op zoute zandduinen.

Engels Koord-gras Spartaanse anglicaanse

De Amaranthaceae familie omvat de obligate halofyt Zeekraal. Het bevat ook Saltwort Salsola kali.

Andere leden van deze familie zijn Pig-onkruid, Goose-foot, en Beet.

Zeebiet Beta vulgaris maritima

In de Plumbaginaceae familie daar is Sea Lavender

In de Peulvruchts we hebben de erwt, Lathyrus japonicus

Zee erwt Lathyrus japonicas

Er zijn databases van halofytische planten, waaronder de Halophyte Database en een lijst van zouttolerante planten van het Biosalinity Awareness Project

Waarom zijn Halofyten zo belangrijk in 2020?

Halofyten zijn niet alleen fascinerende planten. Ze kunnen van levensbelang zijn voor ons mensen, in onze snel veranderende wereld. De meeste gewassen zijn glycofyten en zijn zoutgevoelig. Aangezien veel plaatsen een toenemend risico lopen door de stijgende zeespiegel, kunnen gewassen die bestand zijn tegen zout water een belangrijke rol spelen. Er wordt onderzocht of kruisingen en genetische modificatie kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe zoutresistente gewassen.

(Zee Sandwort, hieronder, is eetbaar. Ik heb echter geen bewijs gevonden dat het werd uitgeprobeerd als een zoutresistent gewas - tot nu toe!)

Zeezandkruid Hockenya peploides

Door zout aangetaste en door zware metalen vergiftigde gebieden kunnen worden schoongemaakt met behulp van halofyten. Sommige halofyten zijn in staat om de ionen die hun xyleemstroom binnenkomen te reguleren. Deze ionen omvatten natrium en andere elementen. Wetenschappers zoals Lutts & Lefevre onderzoeken hun mogelijke rol als een manier om zware metalen uit de bodem te verwijderen. (Lutts & Lefèvre 2015 Hoe kunnen we profiteren van de eigenschappen van halofyten om de toxiciteit van zware metalen in door zout aangetaste gebieden het hoofd te bieden? Annalen van Botanie 2015). Halofyten kunnen van vitaal belang zijn in deze processen van fytoremediatie.

Ecologisch spelen halofyten een belangrijke rol bij landaanwinning. Hun netwerken van sterke wortels en het vermogen om overstromingen te weerstaan, maken hen perfecte kandidaten om zoute gebieden opnieuw te koloniseren.

duindoorn Hippophae rhamnoides

Met halofyten die de mensheid helpen zout land terug te winnen en zouttolerante gewassen te produceren voor een groeiende bevolking in een milieuveranderende wereld, denk ik dat het moeilijk zal zijn om hun belang voor onze toekomst te overschatten.

Conclusie

Met hun ingenieuze aanpassingen en het vermogen om zoute habitats te koloniseren, zijn halofyten fascinerend. Koppel dit aan hun potentieel als een belangrijk hulpmiddel voor de mensheid, en ze verdienen steeds meer onze aandacht.

Hieronder vindt u een lijst met verdere lectuur. Er zijn veel nuances in het huidige onderzoek die niet zijn behandeld in deze blogkwesties met betrekking tot biochemie en de levensvatbaarheid van zaden. Hopelijk zal de onderstaande bibliografie een geïnteresseerde lezer in staat stellen het onderwerp verder uit te werken.

(Veel van deze originele illustraties zijn te koop, zoek ze gewoon op naam in het gedeelte 'Originele illustraties te koop' van mijn website).

Bibliografie

Colmer & Flowers, 2008 Zoutgehalte tolerantie in halofyten Nieuwe fytoloog 179

Lutts & Lefèvre 2015 Hoe kunnen we profiteren van de eigenschappen van halofyten om de toxiciteit van zware metalen in door zout aangetaste gebieden het hoofd te bieden? Annalen van Botanie 2015

Ungar, I.A. & Binet, P., Factoren die de kiemrust van zaden in Spergularia media beïnvloeden, Aquatische plantkunde, 1, 45, 1975.

Ventura & Sagi, 2015 De ontwikkeling van op halofyten gebaseerde landbouw: verleden en heden Annalen van de Plantkunde 2015

8 reacties

Zulke mooie kunstwerken. Ik wed dat de wetenschappelijke gemeenschap van je houdt!

Hoi Donna, Heel erg bedankt voor je reactie. Ik hoop dat een deel van de wetenschappelijke gemeenschap het leuk vindt wat ik doe, maar het is altijd een uitdaging om nieuwe informatie te leren en op te nemen, en om de details aan te scherpen. Ik heb ongelooflijk veel geluk om met zulke inspirerende en goed geïnformeerde botanici te werken! Nogmaals bedankt, Lizzie

Lizzie Ik hou van deze blog. Ik woon op Whidbey Island in de Pacific Northwest van de VS en heb hier mijn SBA-studie gedaan aan de kust van het reservaat. Het is zo interessant wat overleeft. Bedankt voor zo'n boeiend artikel.

Hallo Deb, ik wed dat je nog veel meer planten en informatie hebt om aan mijn blog toe te voegen! Ik vind het ook geweldig hoe de planten specifiek zijn voor verschillende maritieme habitats - je krijgt nooit zeekool op een klif of spaarzaamheid in esturische modderbanken. De beste manier om meer te weten te komen over deze verschillen, is door er tussenuit te zijn, en dat is precies wat je deed voor je SBA-studie. Ik ben jaloers! Bedankt voor je reactie. Whidbey Island klinkt geweldig.

Wow, je bent een drievoudige bedreiging - je bent niet alleen een groot kunstenaar, je bent een geweldige schrijver en tuinder. Je hebt me ook een idee gegeven van hoe om te gaan met planten in een gebied met cremains. Ik ga wat steengewas/sedum proberen.

Dit is een van de beste opmerkingen die ik ooit heb gekregen. Ik vind het heerlijk om als een drievoudige bedreiging gezien te worden, wat spannend! Ik ben zo blij dat je denkt dat mijn schrijven oké is, en ik ben erin geslaagd je te laten denken dat ik een fatsoenlijke botanicus ben. Ha! Maar serieus, bedankt. En succes met die sedums en steengewassen. Mooie kleine plantjes voor een ruimte waar over nagedacht moet worden. Zo blij om te helpen.

Heel erg bedankt, dit was echt interessant

Bedankt, Sem. Het was een van die blogs waar ik meer en meer door gefascineerd raakte naarmate ik er meer onderzoek naar deed. Ik ben blij dat het je interesse wekte. x


Achtergrond

Het zoutgehalte van de bodem is wereldwijd een verwoestende milieubelasting die ernstige agronomische en ecologische problemen veroorzaakt, met name in aride en semi-aride gebieden (Estrada et al. 2013b Himabindu et al. 2016). Vanuit agronomisch oogpunt beperkt zoutgehalte het areaal landbouwgrond (Sardo en Hamdy 2005), beperkt het de productiviteit van landbouwgewassen (Apse 1999), vermindert het het potentiële gebruik van glycofyten als gewassen, en beïnvloedt het keuzes voor levensonderhoud en landgebruikstrategieën (Anik et al. al. 2018), die de menselijke voeding en voedselzekerheid verder bedreigt (Rewald et al. 2013). Vanuit ecologisch oogpunt vermindert het zoutgehalte de overvloed aan planten en microben (Folli-Pereira et al. 2013), vernietigt het de ecosysteemdiversiteit (Chaves et al. 2009), versnelt het bodem- en milieudegradatieprocessen (Estrada et al. 2013b), en bijgevolg beïnvloedt de hele voedselketen. De sneller dan voorspelde klimaatverandering heeft de ernst van zoutstress verergerd (Chaves et al. 2009 Ilangumaran en Smith 2017), en zoute bodems komen steeds vaker voor (Anik et al. 2018). Het areaal land dat wordt aangetast door het zoutgehalte neemt naar schatting toe met 15 tot 20 miljoen hectare per jaar (Sardo en Hamdy 2005), en het economische verlies als gevolg van het zoutgehalte van de bodem bedraagt ​​ongeveer 27,3 miljard dollar (Suarez et al. 2015).

Het zoutgehalte van de bodem schaadt planten aanvankelijk door osmotische stress te veroorzaken, wat leidt tot een watertekort en resulteert in fysiologische droogte (Evelin et al. 2009 Munns en Tester 2008). Specifieke zoutionen, zoals natrium- en chloride-ionen, veroorzaken toxische ionische stress en een tekort aan voedingsstoffen (Munns en Tester 2008 Osman 2018). Als gevolg van osmotische en ionische spanningen kan een reeks secundaire fysiologische spanningen optreden, zoals oxidatieve schade veroorzaakt door reactieve zuurstofspecies (ROS) (Egamberdieva et al. 2017 Zhu 2001) en fotosynthesebeperking (Chen et al. 2017), die de plantengroei synergetisch belemmeren. Planten reageren echter verschillend met betrekking tot hun tolerantie voor zoutgehalte en kunnen worden onderverdeeld in zouttolerante halofyten en zoutgevoelige glycofyten, afhankelijk van hun verschillende groeiaanpassingen (Kosová et al. 2013 Munns en Tester 2008). Halofyten gebruiken effectieve zouttolerantiemechanismen om zoutschade te voorkomen en relatief "kalm" te blijven (Tester 2003), terwijl glycofyten in paniek raken onder zoutstressomstandigheden vanwege beperkte zouttolerantiemechanismen (Munns en Tester 2008 Zhu 2001). Hoewel de reacties van halofyten en glycofyten kwalitatief en kwantitatief variëren onder hoge zoutstress, zullen beide soorten planten in het vroege vegetatieve stadium beschadigd raken (Himabindu et al. 2016 Munns en Tester 2008).

Arbusculaire mycorrhiza-schimmels (AMF) zijn nuttige ondergrondse microben die symbiotische relaties aangaan met meer dan 80% terrestrische plantensoorten, waaronder halofyten en glycofyten (Avis et al. 2008 Estrada et al. 2013b Evelin et al. 2009). AMF kan de groeiprestaties en zouttolerantie van waardplanten verbeteren door kritieke fysiologische processen te bemiddelen, zoals het vergemakkelijken van de opname van water en voedingsstoffen (Alkaraki 2000 Balliu et al. 2015 Chen et al. 2017 Mohammad et al. 2003 Zuccarini 2007), het handhaven van de ionenbalans (Garg en Bhandari 2016), cellen beschermen tegen oxidatieve schade (He et al. 2007 Yang et al. 2016) en het fotosynthetisch vermogen vergroten (Chen et al. 2017 Estrada et al. 2013b Sheng et al. 2008). Aangezien zoutgevoelige gewassen nauw verband houden met het leven van mensen en de voedselveiligheid beïnvloeden, hebben studies over AMF-inoculatie onder zoutstress zich voornamelijk geconcentreerd op glycofytische gewassen, zoals maïs (Estrada et al. 2013a Liu et al. 2016 Sheng et al. 2008 Wu et al. 2005 Zhang et al. 2018), tarwe (Liu 2016 Mardukhi et al. 2011 Talaat en Shawky 2011), tomaat (Balliu et al. 2015 He en Huang 2013 Khalloufi et al. 2017 Ouziad et al. 2006), en peper (Hegazi et al. 2017 Kaya et al. 2009 Turkmen et al. 2008), enzovoort.

Onlangs hebben een groeiend aantal publicaties de interacties tussen AMF en halofyten onder zoutstress-omstandigheden geëvalueerd, waaronder: Asteriscus maritimus (Estrada et al. 2013b), Puccinellia tenuiflora (Liu et al. 2018), Phragmites australis (Algarni 2006), voor bodemfytoremediatie en kooldioxide-vastlegging in verzilte omgevingen (Hasanuzzaman et al. 2015 Sardo en Hamdy 2005). Over het algemeen varieert de efficiëntie van AMF-inoculatie, zoals bepaald door verschillende parameters, tussen waardplantensoorten met verschillende zouttolerante capaciteiten (Alkaraki 2001 Ciftci et al. 2010 Fan et al. 2012). Eerdere studies hebben echter geen aanwijzingen opgeleverd over de mechanismen die tot deze verschillen leiden, die het effectieve gebruik van AMF in de landbouw en het ecosysteem zullen belemmeren (Folli-Pereira et al. 2013).

Meta-analyse biedt een kwantitatieve synthesemethode om zinvolle samenvattingen te geven en nieuwe patronen te ontdekken of om consensus te bereiken tussen de bevindingen van meerdere onderzoeken (Hedges et al. 1999 Lehmann en Rillig 2015). Although several scholars have conducted meta-analyses on the effectiveness of AMF on different predictor variables, such as plant types, soil types, AMF inoculums and salinity degrees (Auge et al. 2014 Chandrasekaran et al. 2014, 2016), none have focused explicitly on the effects of AMF inoculation on different salt-tolerant plant species and determined the mechanisms that lead to variation in growth responses. Recently, we conducted a meta-analysis reported that the biomass improvements in salt-sensitive plants were higher than that in salt-tolerant plants after plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) inoculation under salt stress conditions, and plant salt tolerance is a determining factor affecting the mechanisms of PGPR promotion (Pan et al. 2019). Do salt-tolerant halophytes and salt-sensitive glycophytes differ in their interaction with AMF under salt stress? Are glycophytes more dependent on mycorrhizal symbiosis than halophytes under salt stress conditions? It is still an enigma. Worthy of mention is that the growing number of Chinese publications gauging interactions between AMF and plants under salt stress conditions, that would often be overlooked in conventional meta-analysis, provides a useful opportunity to apply meta-analysis to resolve this enigma.

Thus, the aim of the present study was to (1) evaluate AMF inoculation efficiency on the biomass accumulation, osmotic adjustment, nutrient acquisition, antioxidative ability, and photosynthetic capacity of both halophytes and glycophytes under salt stress conditions, and (2) uncover the underlying mechanisms of growth promotion in halophytes and glycophytes derived from mutualistic interactions between plants and AMF under salt stress conditions.


Halophytes in biosaline agriculture: Mechanism, utilization, and value addition

Penna Suprasanna, Nuclear Agriculture and Biotechnology Division, BARC, Mumbai 400085, India.

Nuclear Agriculture and Biotechnology Division, BARC, Mumbai, 400085 India

Department of Botany, Savitribai Phule Pune University, Pune, 411007 India

Department of Botany, R. K. Talreja College of Arts, Science and Commerce, Ulhasnagar, 421003 India

Nuclear Agriculture and Biotechnology Division, BARC, Mumbai, 400085 India

Salt-soil Agricultural Center, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Institute of Agricultural Resources and Environment, Nanjing, 210014 China

Department of Plant Molecular Biology, University of Delhi South Campus, New Delhi, 110021 India

Nuclear Agriculture and Biotechnology Division, BARC, Mumbai, 400085 India

Penna Suprasanna, Nuclear Agriculture and Biotechnology Division, BARC, Mumbai 400085, India.

Abstract

Land is considered as the life-sustaining platform for food and water. However, there are contaminants such as salt, heavy metal, and industrial waste that decrease land fertility, posing serious threat to sustainable agriculture. In recent years, novel crop varieties with improved tolerance against environmental contaminants have been developed, but most of them face severe yield penalty. Alternatively, naturally tolerant plants such as extremophiles can be screened for their potential as crops. These crops should be tolerant to various abiotic stresses, perform better under extreme conditions and produce higher biomass and yield. In view of this, the present review focuses on the effects of saline soil on plants and how a class of plants termed as “halophytes” can tolerate high levels of salt. The potential applications of halophytes in phytoremediation, desalination, secondary metabolite production, medicine, food, and saline agriculture have been discussed. A concept of saline agriculture has been proposed for rehabilitation of saline and degraded lands. In this context, a potential halophyte is cultivated in salt-contaminated soil for desalination. The harvested halophyte can have industrial value, and later on, rehabilitated soil can be utilized for agriculture purpose. Some success with halophyte cultivation has been demonstrated in environmentally degraded soils, and it is imperative that large-scale adoption of halophytes, as potential candidates, can be accorded top priority for rehabilitating contaminated soils, which can pave way for sustainable agriculture.


Dankbetuigingen

We thank Rana Munns, Ed Barrett-Lennard and Suo-Min Wang for their comments on a draft of this review. UWA provides travel support for TJF as ‘Visiting Professor’ in the School of Plant Biology. TDC thanks the Grains Research and Development Corporation (GRDC) and the Future Farms Industries CRC for support to research halophytes in the Triticeae, and ARC-Linkage for research on potential use and the ecophysiology of halophytes.

Tabel S1 Genes from halophytes used in the transformation of glycophytes

Tabel S2 K-Na selectivities at different external sodium concentrations in a range of halophytes and some glycophytes and, where known, an indication of the presence or absence of salt glands or bladders

Please note: Blackwell Publishing are not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing material) should be directed to the New Phytologist Central Office.

Bestandsnaam Beschrijving
NPH_2531_sm_Table S1.xls22 KB Supporting info item
NPH_2531_sm_Table S2.xls81 KB Supporting info item

Let op: De uitgever is niet verantwoordelijk voor de inhoud of functionaliteit van eventuele ondersteunende informatie die door de auteurs wordt aangeleverd. Alle vragen (behalve ontbrekende inhoud) moeten worden gericht aan de corresponderende auteur van het artikel.


Bekijk de video: Over de aanpassingskracht van planten (November 2021).