گیاهان باید با بسیاری از شرایط که کمتر ایده آل هستند کنار بیایند، شرایطی که می‌توانند آن‌ها را با تحت فشار قرار دادن، محدود کنند تا زنده بمانند. ما در این مقاله انواع استرس گیاهی که زیاد رخ می‌دهند را توضیح خواهیم داد.
استرس زیست محیطی
استرس زیست محیطی یا بیشتر به‌طور خاص، استرس غیرزیستی شامل تمامی عوامل محیطی غیرزنده است که می‌توانند به‌طور منفی یا حتی به‌طور مضر بر رشد و باروری گیاهان تأثیر بگذارند. تحقیقات علمی زیادی در مورد استرس خشک‌سالی، اثرات سیل یا غرق شدن، استرس شوری و درجه حرارت شدید (هم زیاد و هم کم) انجام شده است. اما برای کشاورزان مسائل به‌خوبی شناخته شده مانند شدت نور بالا و کمبود مواد مغذی معدنی (برای مثال نیتروژن، فسفر، پتاسیم) لحاظ می‌شوند که دلیل عمده آن، نقش‌های بسیار مهم آن‌ها در کاهش تولید محصولات کشاورزی یا صنعتی در سراسر جهان است.
استرس مکانیکی
یکی از انواع استرس که به‌محض اینکه وارد گلخانه یا مزرعه‌تان می‌شوید رخ می‌دهد استرس مکانیکی است. به‌طورکلی گیاهان به استرس مکانیکی بسیار حساس هستند. کشاورزان باتجربه ممکن است بدانند که درصورتی‌که از میان مزرعه خود قدم بزنند یا اکثر مواقع گیاهان خود را لمس کنند، این کار می‌تواند منجر به گیاهان کوتاه‌تر شوند و همچنین می‌تواند منجر به آسیب بافتی شود که یک نقطه ورود بالقوه برای بیماری‌ها است. تفاوت‌ها در حرکت هوا، ارتعاشات یا دست زدن بیش‌ازحد به گیاهان، همگی می‌توانند باعث استرس مکانیکی شوند. تکان دادن یا پیچاندن یک گیاه فقط برای چند دقیقه در هر روز می‌تواند طول عمر ساقه و وزن گیاه، هم تروتازه و هم خشک را کاهش دهد.
همچنین، این وضعیت در شرایط آزمایشگاهی که در آن‌ها گیاهان آرابیدوپسیس تالیانا جوان (شاهی صخره‌ای) (Arabidopsis thaliana) که روزانه چند بار در معرض ساییده شدن ساقه بودند مطالعه شده است و منجر به کوتاه‌تر شدن گیاهان در مقایسه با گروه کنترل شده که لمس نشدند شد (به تصویر زیر مراجعه کنید). از استرس مکانیکی نمی‌توان به‌طور کامل جلوگیری کرد، اما به یاد داشته باشید هنگامی‌که از گیاهان خود بازدید می‌کنید، در محیط‌های داخلی یا در مزرعه، آن‌ها از بازدیدتان متأثر خواهند شد. بنابراین، تماس مستقیم با گیاهان خود را به حداقل برسانید.
این یک میکروسکوپ الکترونی اسکن شده (SEM) رنگی از یک برگ از گیاه پرطراوت کالانکوئه بلوسفلدیانا (Kalanchoe blossfeldiana) است که یک منفذ تنفسی بسته (در مرکز) را نشان می‌دهد. منافذ تنفسی منافذی هستند که از طریق آن‌ها تبادل گاز در گیاهان رخ می‌دهد. باز و بسته شدن منافذ تنفسی توسط سلول‌های محافظ به شکل نیم دایره کنترل می‌شود. هنگامی‌که سلول‌های محافظ متورم می‌شوند، منافذ تنفسی باز می‌شوند و هنگامی‌که آن‌ها سست یا شل می‌شوند منافذ تنفسی بسته می‌شوند. کالانکوئه بلوسفلدیانا با شرایط گرم و خشک سازگار می‌شود و منافذ تنفسی آن در شب باز می‌شود که برخلاف اکثر گیاهان است و از تبخیر آب جلوگیری می‌کند. این گیاه دی‌اکسید کربن را از طریق منافذ تنفسی در شب جذب می‌کند و آن را به یک اسید آلی برای ذخیره تبدیل می‌کند. هنگامی‌که گیاه در طول روز شروع به فتوسنتز می‌کند، از دی‌اکسید کربن ذخیره شده استفاده می‌کند. نقطه‌های روی سطح، موم هستند.
استرس خشک‌سالی
در روزهای آفتابی، خشک یا هنگامی‌که نور در یک گلخانه بسیار شدید است، گیاهان ممکن است پژمرده شوند زیرا میزان از دست رفتن آب از طریق تعرق بیش از میزانی است که سیستم ریشه آب را از خاک جذب می‌کند. به‌عبارت‌دیگر رطوبت کافی در خاک وجود ندارد که می‌تواند تا حد زیادی مانع رشد گیاه شود. به‌هرحال گیاهان سیستم‌های کنترلی دارند که به آن‌ها توانایی مقابله با کمبود شدید آب را می‌دهد.
بسیاری از واکنش‌های گیاه به کمبود آب به آن کمک می‌کند تا آب را با کاهش میزان تعرق نگهداری کند. کمبود آب در برگ‌ها باعث می‌شود سلول‌های محافظ کمتر متورم شوند، سازوکار کنترلی ساده‌ای که تعرق را با بستن منافذ تنفسی آهسته می‌کند. همچنین، کمبود آب سنتز را تحریک می‌کند و هورمونی را در برگ آزاد می‌کند؛ این هورمون با عمل بر غشاهای سلول محافظ به بسته نگه‌داشتن منافذ تنفسی کمک می‌کند. برگ‌ها به کمبود آب به روش‌های متعدد دیگر واکنش نشان می‌دهند. برگ‌های بسیاری از گونه‌های گیاهان مانند گونه‌های علفی به شکل یک لوله می‌غلتند که با کاهش مساحت سطح برگ که در معرض هوای خشک و باد است از تعرق می‌کاهد. اگرچه این واکنش برگ آب را ذخیره می‌کند، فتوسنتز را نیز کاهش می‌دهد که یکی از دلایلی است که خشک‌سالی تولید محصولات را کاهش می‌دهد.
رشد ریشه نیز به کمبود آب واکنش نشان می‌دهد. خاک یا هر زیرلایه گیاه که رشد می‌کند به‌طور معمول از سطح به سمت پایین شروع به خشک شدن می‌کند که مانع از رشد ریشه‌های کم عمق می‌شود که تا حدی به این علت است که سلول‌ها نمی‌توانند تورم موردنیاز برای طول عمر را حفظ کنند. ریشه‌های عمیق‌تر که توسط زیرلایه مرطوب‌تر احاطه می‌شوند، هنوز توانایی رشد دارند. سیستم ریشه به طریقی که در معرض رطوبت خاک قرار گرفتن را حداکثر کند تکثیر می‌شود، اما این تقاضا بیشتر از انرژی گیاه است که در نهایت محصول بالقوه از دست می‌رود.
کلید استرس خشک‌سالی (یا کمبود آب) محافظت گیاه از خشک شدن کامل هنگامی است که فتوسنتز ادامه دارد. بسته شدن منافذ تنفسی منجر به کاهش در دسترس‌پذیری دی‌اکسید کربن برای گیاه می‌شود و واکنش‌های شیمیایی سیستم فتوسنتز نمی‌توانند برحسب تقاضا غیرفعال شوند، البته مگر اینکه منبع نور غیرفعال شود. کمبود دی‌اکسید کربن به دلیل بسته شدن منافذ تنفسی منجر به ایجاد رادیکال‌های آزاد در کلروپلاست‌ها می‌شود که مجموعه واکنش‌های آبشاری پیچیده شیمیایی بنام انتقال سیگنال، مسئول پیدایش رادیکال‌ها هستند. گیاه به این رادیکال‌های آزاد با تولید آنتی‌اکسیدان‌ها برای خنثی‌سازی آن‌ها واکنش نشان می‌دهد. بدون پرداختن به جزئیات بسیار زیاد، برخی هورمون‌ها و آمینواسیدهای آزاد گیاه، اغلب درگیر می‌شوند و به گیاه کمک می‌کنند تا قدری به خشک‌سالی تحمل نشان دهد که علت اولیه استرس گیاه بود.
یک کشاورز ممکن است تجربه کند که به‌محض اینکه استرس خشک‌سالی تمام می‌شود، برگ‌های پژمرده شده به نظر می‌رسند به‌سرعت بهبود یابند. به‌هرحال در ظرف چند روز تا یک هفته، گیاهان تحت تأثیر قرار گرفته سالخوردگی برگ را نشان خواهند داد که واقعاً فرآیندی است که طی آن برگ‌ها به‌سرعت پیر و زرد کم‌رنگ می‌شوند زیرا کلروفیل تجزیه شده است که تا حدی نتیجه آسیب برگشت‌ناپذیر توسط رادیکال‌های آزاد قبلاً ذکر شده است.
آبیاری بیش‌ازحد
آبیاری بیش‌ازحد گیاه می‌تواند آن را سریع‌تر از کمبود آب از بین ببرد. در خاک اشباع شده از آب اکسیژن کافی برای ریشه‌ها وجود ندارد و به این دلیل است که انتشار اکسیژن از طریق آب حدود ۱۰۰۰۰ بار آهسته‌تر از انتشار از طریق هوا است. بدون اکسیژن، تنفس بی‌هوازی در ریشه‌ها اتفاق می‌افتد که باعث تولید ترکیبات سمی در گیاه می‌شود. همچنین، علائم آبیاری بیش‌ازحد شامل پژمرده شدن، زرد شدن برگ‌ها، پوسیدگی ریشه و از رشد بازماندن می‌شوند.
مسئله اصلی در آبیاری بیش‌ازحد محدودیت (دسترسی به) اکسیژن است که موجب می‌شود بسیاری از گونه‌های گیاهان اتیلن تولید کنند که باعث می‌شود برخی سلول‌ها در ریشه متحمل مرگ سلولی شوند که فرآیند کنترل شده مرگ سلول است. تخریب این سلول‌ها مجراهای هوا را ایجاد می‌کند که می‌تواند از بخش‌های گیاه که در بالای سطح زمین هستند با هوا پر شود. به این روش، ریشه‌ها می‌توانند اکسیژن لازم را حتی هنگامی‌که خاک هنوز آن‌قدر مرطوب است که حاوی هوای کافی نیست دریافت کنند.
سازوکار توصیف شده فوق ممکن است به محصولاتی مانند ذرت یا برنج کمک کند، اما اکثر محصولات تجاری گلخانه‌ای نمی‌توانند سطوح اکسیژن داخلی را حفظ کنند. ریشه‌ها به‌سرعت شروع به پوسیدگی می‌کنند و حتی اگر تولیدکننده به‌سرعت به زیرلایه سیراب شده در آب واکنش نشان دهد، خسارت محصول می‌تواند ویرانگر باشد.
استرس شوری
کلرید سدیم یا نمک‌های دیگر اضافی در خاک به دو دلیل گیاهان را تهدید می‌کنند. اول، با پایین آوردن پتانسیل آب زیرلایه، نمک می‌تواند باعث کمبود آب در گیاهان شود اگرچه آب فراوان در خاک وجود داشته باشد. ازآنجاکه پتانسیل آب زیرلایه منفی‌تر می‌شود، شیب پتانسیل آب از زیرلایه به ریشه‌ها پایین می‌آید که به‌موجب آن جذب آب کاهش می‌یابد. مشکل دیگر با زیرلایه شور این است که سدیم و یون‌های خاص دیگر مانند کلرید هنگامی‌که غلظت‌های آن‌ها آن‌قدر زیاد است که نفوذپذیری انتخابی غشاهای سلول ریشه را سراسر می‌پوشانند باعث سمی شدن گیاهان می‌شوند. به‌عبارت‌دیگر گیاه نمی‌تواند به‌طور انتخابی مواد مغذی مناسب را جذب کند و فقط سدیم جذب می‌شود.
بسیاری از گونه‌های گیاهی می‌توانند به شوری زیرلایه متوسط با تولید حلال‌هایی که به‌خوبی در غلظت‌های بالا تحمل می‌شوند واکنش نشان دهند. ثابت شده است که توت فرنگی می‌تواند «ترکیبات فنولیک» تولید کند. باور بر این است که این ترکیبات پتانسیل آب سلول‌های گیاه را در مقایسه با زیرلایه، بدون پذیرفتن مقادیر سمی نمک برمی‌گرداند یا حفظ می‌کند که البته فقط کمکی موقتی است، زیرا به‌هرحال خسارت‌های تولید اتفاق خواهند افتاد. درصورتی‌که استرس شوری بیش‌ازحد طولانی شود، در نهایت گیاه از بین خواهد رفت.
استرس گرما
گرمای شدید می‌تواند به‌طور مستقیم به گیاهان آسیب بزند، اما معمولاً خسارت گرما از طریق افزایش از دست دادن آب و استرس خشک‌سالی گیاه اتفاق می‌افتد. گیاهان نیز می‌توانند هنگامی‌که شاخ و برگ سایه‌دار آن‌ها در طول دوره‌های زمانی گرم و خشک در معرض نور آفتاب هستند آفتاب سوخته شوند. هنگامی‌که درجه حرارت بشدت بالا است، گیاهان نیاز دارند آب را از ریشه‌ها به برگ‌ها و ساقه‌ها ببرند که سپس این آب از گیاه از طریق منافذ تنفسی به‌صورت بخارآب خارج می‌شود، فرآیندی که تعرق نامیده می‌شود. تعرق برگ‌ها و بخش‌های دیگر گیاه را خنک می‌کند و از آسیب ناشی از استرس گرما جلوگیری می‌کند. به‌هرحال درصورتی‌که آب کافی برای این فرآیند وجود نداشته باشد، برخی از سطوح برگ گیاه با سوختن از بین می‌رود.
آسیب سرما و یخ‌زدگی
سرما و یخ‌زدگی علل عمده خسارت محصولات در گیاهان حساس هستند، اگرچه گیاهان مقاوم نیز درصورتی‌که رشد جدید آن‌ها در معرض یخ‌زدگی شدید پس از یک دوره آب‌وهوای گرم‌تر قرار گیرند می‌توانند از چنین وضعیت رنج ببرند. علائم اغلب شبانه ظاهر خواهند شد و می‌تواند بر انواع بسیاری از گیاهان تأثیر بگذارد. برگ‌ها و ساقه‌ها ممکن است سیاه شوند و غنچه‌ها و گل‌ها ممکن است تغییر رنگ داده شوند. برخی گل‌ها که تحت تأثیر یخ‌زدگی قرار گرفته‌اند ممکن است میوه تولید نکنند.
آسیب شیمیایی
هر نوع ماده‌ی شیمیایی بکار برده شده در مقدار مصرف اشتباه یا در زمان اشتباه می‌تواند به‌طور فیزیکی به گیاه آسیب بزند. بیشتر آسیب‌های شیمیایی ناشی از آفت‌کش‌های بیش‌ازحد بکار برده شده در زمان اشتباه یا در طول گرمای روز است. استفاده بی‌دقت علف‌کش‌ها نیز ممکن است سهواً به گیاهان غیرهدف آسیب بزند یا آن‌ها را از بین ببرد. ریزش افشان اغلب دلیل آسیب ناخواسته به گیاهان است. آسیب شیمیایی ممکن است به‌صورت نقاط قرمز، زرد یا قهوه‌ای بر روی برگ‌ها، قهوه‌ای شدن نوک برگ‌ها، گیاهان از رشد بازمانده یا بدشکل شده یا قهوه‌ای شدن کامل و از بین رفتن گیاه ظاهر شود.
ما در این مقاله تلاش کرده‌ایم مهم‌ترین بخش‌های گیاه و نقش آن‌ها را در برخی از بدیهی‌ترین استرس‌های زیست محیطی که گیاهان ممکن است از آن‌ها رنج ببرند توضیح دهیم. به‌هرحال جهان بسیار پیچیده‌تر از مطالب بیان شده در این مقاله است. همان‌طور که در این مقاله دیده‌ایم ریشه‌ها، برگ‌ها (به‌ویژه منافذ تنفسی) و فتوسنتز استفاده شده در فیزیولوژی گیاهان نقش‌های بسیار مهمی در واکنش خاص یک گیاه به یک وضعیت استرس بازی می‌کنند. این واکنش‌ها اغلب به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای مشابه هستند، مانند واکنش گیاه به استرس خشک‌سالی یا استرس شوری. هر دو وضعیت منجر به کاهش ظرفیت جذب آب گیاه می‌شود.
در حال حاضر، تحقیقات بسیار زیادی درباره اینکه دقیقاً کدام فرآیندها اساس و شالوده ادراک گیاه از عوامل استرس و اینکه کدام مواد شیمیایی در گیاه در ایجاد تحمل بیشتر به اشکال گوناگون استرس زیست محیطی بسیار مهم هستند در حال انجام است.
