Lo stress da freddo, in Fisiologia vegetale, è un particolare tipo di stress che deriva dall'esposizione dell'organismo vegetale a periodi più o meno lunghi di basse temperature.
Un organismo vegetale può essere esposto a stress da basse temperature quando è spostato da un luogo a temperatura mite in un luogo in cui la temperatura è più bassa, questo avviene ad esempio nelle situazioni commerciali dove specie differenti sono vendute in luoghi con differenti condizioni climatiche. Anche le pianti stabili possono, tuttavia, subire stress derivanti dall'abbassamento della temperatura, ad esempio in caso di gelate.
Tipi di stress
Ogni pianta è più o meno sensibile allo stress da freddo e, pertanto, la classificazione assume un carattere generico e non universale. Uno stress lieve, ad esempio, avviene quando la temperatura scende di pochi gradi rispetto al valore di optimum della pianta. Lo stress moderato, invece, avviene quando la temperatura si avvicina al limite di congelamento ponendo l'organismo vegetale in uno stato di chilling. Lo stress severo, invece, subentra quando la temperatura oltrepassa il limite di congelamento e, pertanto, può essere fonte di numerosi problemi per il metabolismo e per la sopravvivenza stessa della pianta. Questo stress è, solitamente, definito con il nome di freezing. È importante, a tal proposito, ricordare che l'acqua che scorre nei vasi xilematici degli organismi vegetali non è pura ma presenta dei soluti in essa disciolti; la presenza di molecole determina un abbassamento del punto di congelamento.
Danni da stress da freddo
Ogni enzima lavora entro un range di temperatura, in altre parole la sua velocità ottimale si attesta in un optimum di temperatura. Quando la temperatura si abbassa, la maggior parte degli enzimi, subisce un rallentamento a causa della modifica conformazionale della struttura o, nei casi estremi, il freddo può essere causa dell'inattivazione dell'enzima.
Rallentamento del metabolismo
La presenza di basse temperature comporta uno sbilancio e un rallentamento del metabolismo. La fotosintesi rallenta e, di conseguenza, rallentano i trasporti del glucosio. Anche la sintesi proteica subisce una modifica della velocità.
Formazione di ghiaccio endogeno
Quando la temperatura è oltre il punto di congelamento può formarsi del ghiaccio. Se il ghiaccio si forma nel simplasto, l'espansione del volume dell'acqua (determinata dal passaggio dallo stato liquido a quello solido) può distruggere gli organelli o, comunque, disattivarli. Se l'acqua, invece, congela esternamente alla cellula si ha uno scompenso del potenziale idrico, poiché la presenza di ghiaccio abbassa notevolmente il potenziale e, per questa ragione, la cellula tende a cedere acqua all'esterno.
Cavitazione
Un danno che avviene a seguito del congelamento del liquido xilematico è rappresentato dalla cavitazione endogena; in questo tipo di stress la soluzione xilematica, dopo il congelamento, presenta un volume maggiore rispetto alla soluzione presente in forma liquida. Quando il clima diventa meno severo, ad esempio con l'arrivo della primavera, la soluzione xilematica ritorna in fase liquida; la diminuzione del volume porta alla formazione di bolle d'aria che possono portare alla cavitazione dell'intero vaso.
Risposta allo stress da basse temperature
Gli organismi vegetali rispondono allo stress da basse temperature in differenti modi. In prima analisi, quando lo stress non è severo, l'organismo vegetale "rafforza" la membrana cellulare, aumentando l'aliquota di lipidi insaturi. L'aumento di soluti citoplasmatici, inoltre, serve per abbassare il punto di congelamento ed è una strategia relativamente veloce ed economica adottata dalle cellule in sofferenza da basse temperature. Quando lo stress è, ancora, mantenuto entro livelli accettabili alcune specie producono delle proteine definite antigelo che legandosi ai cristalli di ghiaccio in formazione ne impediscono l'espansione. I metodi appena elencati contribuiscono alla genesi della cosiddetta tolleranza rispetto alle basse temperature.
Acclimatazione
L'acclimatazione è il risultato della resistenza al freddo a seguito di numerose e ripetute esposizioni alle basse temperature. Si basa sulla capacità di mettere in stand-by parte degli organi, come le gemme o le foglie, e sulla contemporanea creazione di sistemi barriera di natura fisica, come l'ispessimento dei tessuti esterni, oppure l'abbassamento interno del punto di congelamento.
Anche la presenza di particolari proteine, espresse nella parete cellulare determina un aumento della resistenza della parete stessa e una maggiore resistenza alla formazione di cristalli di grazio,
Canali del calcio e fluidità della membrana
Le cellule vegetali, per rispondere in maniera quanto più veloce possibile alle variazioni di temperatura, devono essere capaci di "percepire" la temperatura esterna. La trasduzione del segnale avviene, con molta probabilità, grazie alle proteine-canali per il calcio, capaci di rilevare la fluidità della membrana cellulare e, in questo modo, trasdurre un segnale fisico, quale la temperatura, in un segnale meccanico, quale la fluidità della membrana e - infine - in un segnale chimico come il passaggio del calcio.
Aumento dell'espressione di enzimi desaturanti (desaturasi) a seguito di stress da basse temperature
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