Галотолерантность — это адаптация живых организмов к условиям высокой солености . [1] Галотолерантные виды, как правило, обитают в таких областях, как гиперсоленые озера , прибрежные дюны , солончаковые пустыни , солончаки и внутренние соленые моря и источники . Галофилы — это организмы, которые живут в сильно соленой среде и нуждаются в солености для выживания, в то время как галотолерантные организмы (принадлежащие к разным доменам жизни) могут расти в соленых условиях, но не требуют повышенных концентраций соли для роста. Галофиты — это солеустойчивые высшие растения. Галотолерантные микроорганизмы представляют значительный биотехнологический интерес. [2]
Области научных исследований, имеющие отношение к галотолерантности, включают биохимию , молекулярную биологию , клеточную биологию , физиологию , экологию и генетику .
Понимание галотолерантности может быть применимо к таким областям, как сельское хозяйство в засушливых зонах , ксерискапирование , аквакультура (рыбы или водорослей), биопродукция желаемых соединений (таких как фикобилипротеины или каротиноиды ) с использованием морской воды для поддержки роста или рекультивация почв, пораженных солью. Кроме того, многие экологические стрессоры включают или вызывают осмотические изменения, поэтому полученные знания о галотолерантности также могут быть актуальны для понимания толерантности к экстремальным значениям влажности или температуры.
Цели изучения галотолерантности включают повышение сельскохозяйственной продуктивности земель, затронутых засолением почвы или где доступна только соленая вода. Обычные сельскохозяйственные виды могут быть сделаны более галотолерантными путем переноса генов от естественно галотолерантных видов (путем обычной селекции или генной инженерии ) или путем применения методов лечения, разработанных на основе понимания механизмов галотолерантности. Кроме того, естественно галотолерантные растения или микроорганизмы могут быть преобразованы в полезные сельскохозяйственные культуры или ферментационные организмы.
Устойчивость к условиям высокой солености может быть достигнута несколькими путями. Высокий уровень соли, поступающей в растение, может вызвать ионный дисбаланс, который вызывает осложнения в дыхании и фотосинтезе, что приводит к снижению темпов роста, травмам и смерти в тяжелых случаях. Чтобы считаться устойчивым к условиям солености, протопласт должен показывать методы балансировки токсических и осмотических эффектов повышенной концентрации соли. Галофитные сосудистые растения могут выживать на почвах с концентрацией соли около 6% или до 20% в экстремальных случаях. Устойчивость к таким условиям достигается за счет использования стрессовых белков и совместимых осмотических растворов цитоплазмы. [3]
Чтобы существовать в таких условиях, галофиты, как правило, подвергаются поглощению высоких уровней соли в свои клетки, и это часто требуется для поддержания осмотического потенциала ниже, чем у почвы, чтобы обеспечить поглощение воды. Высокие концентрации соли внутри клетки могут быть разрушительными для чувствительных органелл, таких как хлоропласт, поэтому наблюдается секвестрация соли. При этом действии соль хранится в вакуоли для защиты таких деликатных областей. Если в вакуоли наблюдаются высокие концентрации соли, между вакуолью и цитоплазмой будет установлен высокий градиент концентрации, что приведет к высоким уровням энергетических вложений для поддержания этого состояния. Следовательно, можно увидеть, что накопление совместимых цитоплазматических осмотических растворенных веществ предотвращает возникновение этой ситуации. Аминокислоты, такие как пролин, накапливаются в галофитных видах Brassica , четвертичные аммониевые основания, такие как глицин, бетаин и сахара, как было показано, действуют в этой роли в галофитных членах Chenopodiaceae , а члены Asteraceae демонстрируют накопление циклитов и растворимых сахаров. Накопление этих соединений позволяет сбалансировать осмотический эффект, предотвращая при этом установление токсичных концентраций соли или требуя поддержания высоких градиентов концентрации. [ необходима цитата ]
Степень галотолерантности сильно различается среди разных видов бактерий. [4] Ряд цианобактерий являются галотолерантными; примером места обитания таких цианобактерий является Макгадикгади Пэнс , крупное гиперсоленое озеро в Ботсване . [5]
Грибы из местообитаний с высокой концентрацией соли в основном галотолерантны (т.е. им не нужна соль для роста), а не галофильны. Галофильные грибы являются редким исключением. [6] Галотолерантные грибы составляют относительно большую и постоянную часть сообществ гиперсоленой среды, таких как в солнечных солончаках . [7] Хорошо изученные примеры включают дрожжи Debaryomyces hansenii и черные дрожжи Aureobasidium pullulans и Hortaea werneckii . [8] Последние могут расти в средах без соли, а также в почти насыщенных растворах NaCl . Чтобы подчеркнуть эту необычайно широкую приспособляемость , некоторые авторы описывают H. werneckii как «чрезвычайно галотолерантный». [9]