الإجهاد الحراري وتأثيره على النباتات
تعتبر درجة الحرارة من العوامل الرئيسية التي تؤثر على نمو النباتات، سواء بالارتفاع أو الانخفاض. تلعب درجات الحرارة دورًا حيويًا في العمليات الحيوية التي تحدث داخل النباتات، مثل التنفس والبناء الضوئي. ويمكن أن تكون درجة الحرارة عامل إجهاد للنباتات، حيث تتغير درجات حرارة النباتات حسب الظروف المحيطة بها. يعتمد توازن درجة الحرارة في النبات على الكمية التي يمتصها من الحرارة مقارنة بالكمية التي يفقدها.
تعتبر الحرارة الناتجة عن أشعة الشمس المصدر الأساسي لنمو وتكاثر النبات من خلال عملية البناء الضوئي. وتعد درجة الحرارة متغيرًا مهمًا يؤثر بوضوح على تنوع وانتشار وغزارة الغطاء النباتي.
يمكن تصنيف النباتات وفقًا لتأثير درجة الحرارة عليها إلى ثلاث فئات: النباتات التي تتطلب درجات حرارة مرتفعة (أكثر من 20 درجة مئوية)، النباتات التي تتحمل درجات حرارة معتدلة والتي تتكيف مع التغيرات الموسمية، والنباتات التي تتطلب درجات حرارة منخفضة (أقل من 10 درجات مئوية).
إجهاد الحرارة العالية
تؤدي زيادة درجة حرارة النباتات إلى فقدانها للماء عبر عمليات التبخر والنتح، حيث يكون مقدار الماء المفقود أكبر من الكمية الممتصة، مما ينتج عنه جفاف وذبول النباتات. كما تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى زيادة عملية الهدم داخل النباتات، مما يعني تعزيز التنفس ونشاط الأيض. وتعتمد عمليات الأيض بشكل كبير على التوازن بين البناء الضوئي وعملية الهدم. ومن الآثار السلبية الأخرى لدرجات الحرارة المرتفعة هي تراكم المواد السامة وزيادة نفاذية الأغشية، بالإضافة إلى نقص البروتين النشط نتيجة تحلله. كما تؤثر الحرارة المرتفعة سلبًا على إنتاجية النباتات من خلال التأثير على عملية التلقيح، حيث قد تؤدي إلى تساقط الأزهار وقلة نشاط حبوب اللقاح.
لمواجهة آثار ارتفاع درجات الحرارة، يمكن استخدام تغطية النباتات بالبلاستيك، وطلاء جذوع الأشجار المعرضة للشمس بمادة عاكسة للأشعة مثل محلول الجير، كما يمكن زراعة النباتات في البيوت البلاستيكية مع توفير التهوية المناسبة. تظهر على النباتات علامات الإجهاد الحراري نتيجة الحرارة المرتفعة، مثل تغير لون الأوراق إلى البني، والذبول، واصفرار وسقوط الأوراق.
إجهاد الحرارة المنخفضة
يمكن أن يؤدي انخفاض درجات الحرارة إلى تكوين بلورات ثلجية داخل الأنسجة، مما يضر بنمو النبات واستجابته، مما يؤدي إلى بطء العمليات الأيضية وذبول الأنسجة وموتها. كما يؤثر ذلك على تخزين المواد الغذائية وتكوين البذور. يؤدي تجمد الماء في الأوعية الخشبية إلى توقف جريان الماء لأعلى النبات، ما يسبب موت الأطراف. وتزيد يفطر التغير في حركة السيتوبلازم ونفاذية الأغشية من تسرب المواد الذائبة من الخلايا.
يساهم انخفاض درجات الحرارة في تضرر أغشية البلاستيدات الخضراء وتفكيك الكلوروفيل، مما يؤدي إلى توقف عمليات البناء الضوئي وزيادة معدل هدم البروتين. يمكن أن يؤدي تحلل البروتين إلى تكوين بلورات تؤدي إلى موت الخلايا واختلال التركيب الطبيعي للمكونات الخلوية، مما يسبب الجفاف وزيادة تركيز المواد السامة داخل الخلية نتيجة الجفاف.
تختلف قدرة الأنواع النباتية على تحمل درجات الحرارة المنخفضة ومرونة مقاومتها، ويمكن تعزيز مقاومة النباتات للبرودة من خلال إضافة الحامض (ABA) الذي يؤثر على تركيب البروتينات الجديدة.
تأثير الإجهاد الحراري على الزراعة
يعتبر الإجهاد الحراري من التحديات الكبرى في مجال الزراعة حيث يؤدي إلى تقليل المحاصيل بشكل كبير. ورغم أن النباتات لا تستطيع الحركة هربًا من الحرارة، إلا أنها طورت استراتيجيات للحماية من الإجهاد الحراري. فبعض النباتات لديها مميزات مثل وجود شعيرات شمعية على سطح الأوراق التي تعكس الحرارة، كما يمكن لبعض الأوراق أن تتخذ وضعيات معينة لمواجهة أشعة الشمس الحارة. لقد تطورت بعض الأنواع إلى إنتاج أوراق صغيرة ممزقة لتقليل سمك الورقة المحيطة، وبالتالي زيادة فقد الحرارة بشكل فعال.