مکانیسم‌های مقاومت به غرقاب در گیاهان
مقدمه
اغلب یک دوره بارندگی یا آبیاری بیش از حد همراه با زهکشی ضعیف خاک، باعث غرقاب شدن خاک می‌شود. غرقاب شدن به طور گستردهای در خاک‌های جهان رخ می‌دهد که آسیب جدید به پوشش گیاهان طبیعی و گیاهان زراعی دارد. در خاک‌های غرقاب فضای مخصوص هوا از آب پر شده و در نتیجه انتشار گازها بین جو و خاک سپهر (ریزوسفر) و ریشه به تاخیر می‌افتد.
اکسیژن محلول توسط میکروارگانیسم‌ها و تنفس ریشه‌ای از محلول خاک تخلیه می‌شود. تخلیه اکسیژن محلول در خاک‌های غرقاب بسته به درجه حرارت، فعالیت تنفسی گیاهان و میکروارگانیسم‌ها و نیر فراوانی و تداوم اشباع بودن خاک منجر به کاهش یا عدم وجود اکسیژن طی چند ساعت الی چند روز می‌شود. کمبود اکسیژن محدودیت عمده‌ای برای رشد و باروری گیاهان است، لذا زنده ماندن گیاه در شرایط غرقاب در وهله اول منوط به سازگاری آن با شرایط کمبود اکسیژن است. گیاهان مقاوم به غرقاب مکانیسم‌های مخلتفی را از جمله توانایی غیرسمی نمودن یون‌های احیا شده توسط ریشه، اجتناب از کمبود اکسیژن توسط انتقال داخلی اکسیژن از برگ‌ها به ریشه‌ها و قدرت ثبات متابولیسم، حداقل در سطح فرآیندهای نگهداری توسط مسیرهای غیرهوازی بکار می‌گیرند.
تحقیقات مختلفی در مورد واکنش‌های گیاه به غرقاب و کمبود اکسیژن از جهت سازگاری‌های مولکولی، بیوشیمیایی فیزیولوژیکی، آناتومیکی و مورفولوژیکی انجام شده است. مقاومت جامعی نیز در این مورد ارائه شده است. مهمترین سوال مطرح شده، مکانیسم‌های سازگاری گیاه به تنش اکسیژن است. اکثر مقالات مربوط به سازگاری در اندام‌های هوایی یا گیاه کامل است.
سازگاری متابولیکی
پاسخ‌های متابولیکی نسبت به کمبود و یا نبود اکسیژن به صورت گستردهای در بسیاری از گونه‌های گیاهی مطالعه شده است، اما مکانیسم مشترک در مورد مقاومت به این شرایط نشده است. نظریه‌های متعددی در مورد سازگاری متابولیکی ارائه شده است.
اولین فرضیه در مورد تشریح تحمل متابولیکی غرقاب توسط مک منمون و کرافورد (1971) ارائه شده است. آنها چنین مطرح کردند که مقاومت ریشه‌های گیاهان مناطق مرطوب به حالت غرقاب به جنبه‌های اختصاصی متابولیسم آنها بستگی دارد و نیز مقاومت به غرقاب در یک گیاه خاص به قدرت اجتناب آن گیاه از تجمع اتانول در مسیر گلیکولیت وابسته است.
بنابراین حفظ یک سطح بیوسنتز پایین اتانول باعث مقاومت به غرقاب می‌شود. در ریشه گیاهان مقاوم به غرقاب در شرایط کمبود اکسیژن گلوکز بر اساس تخمیر الکلی متابولیز می‌شود و آسیب به گیاه در محیط رشد دارای کمبود اکسیژن به دلیل خودسمیت ناشی از تولیدات نهایی تخمیر، خصوصاً اتانول است که در بافت‌های گیاه در شرایط غیرهوازی تجمع می‌یابد.
عقیده بر این است که در ریشه گیاهان مقاومبه غرقاب از تجمع اتانول سمی اجتناب می‌شود، بدین صورت که فرآیند تجزیه گلوکز به سمیت تشکیل مالات که دارای سمیت کمتری است، سوق می‌دهد. همچنین این نظریه می‌گوید که سرعت گلکوز در پاسخ به تنش اکسیژن ناشی از تولید اتانل، در گونه‌های حساس به غرقاب بیشتر از گیاهان مقاوم به غرقاب است.
در گلیکولیز چندین آنزیم تخمیری مهم از جمله پیروات دی کروبوکسیلاز دی هیدروژناز و الکل دی هیدروژناز دخیل‌اند. الکل ی هیدروژناز (ADH)، آنزیمی است که در رابطه با محیط غیرهوازی به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته است. در اکثر گیاهان، در پاسخ به تنش بی‌هوازی فعالیت ADH افزایش می‌یابد. میزان القای ADH در اندام‌های مختلف یک گونه متفاوت است. به طور مثال بر اساس وزن تر، القای ADH درکولئوپتیل و برگ‌ها بسیار کمتر از نوک ریشه است. اگرچه برای رشد ذرت در هوای معمولی ظاهراً نیازی به فعالیت ADH نیست، ولی موتانت‌های فاقد ADH نشان دادند که فعالیت ADH برای ادامه بقای این گونه طی غرقاب ضروری می‌باشد. گیاهچه‌های موتانت ذرت فاقد ADH در شرایط بدون اکسیژن تنها چند ساعت زنده ماندند،در حالی که گیاهچه‌های ذرت معمولی در این شرایط تا سه روز زنده ماندند. گرچه تحقیق بر روی گیاه سوروف (Echinochioa phyllopopon) نشان می‌دهد که هیچگونه همبستگی بین مقاومت به غرقاب فعالیت یا تعداد ایزوزیم‌های ADH وجود ندارد. همچنین هیچگونه همبستگی به فعالیت ADH و سرعت تولید الکل تحت شرایط بدون اکسیژن، در ریشه گزنه (Urtica) وجود ندارد. القای فعالیت ADH تنها عاملی نیست که منجر به افزایش زنده ماندن نوک ریشه‌های انواع وحشی ذرت می‌شود.