Галотолерантность — приспособление живых организмов к условиям повышенной солености . [1] Галотолерантные виды, как правило, обитают в таких районах, как гиперсоленые озера , прибрежные дюны , солончаковые пустыни , солончаки , а также внутренние соленые моря и источники . Галофилы — это организмы, которые живут в сильно засоленной среде и для выживания нуждаются в солености , в то время как галотолерантные организмы (принадлежащие к различным областям жизни) могут расти в засоленных условиях, но не требуют для роста повышенных концентраций соли. Галофиты – солеустойчивые высшие растения. Галотолерантные микроорганизмы представляют значительный биотехнологический интерес. [2]
Области научных исследований, имеющих 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 , ксерискейпинг , аквакультура (рыбы или водорослей), биопроизводство желаемых соединений (таких как фикобилипротеины или каротиноиды ) с использованием морской воды для поддержки роста или восстановление засоленных почв. . Кроме того, многие стрессоры окружающей среды вызывают или вызывают осмотические изменения, поэтому полученные знания о галотолерантности также могут быть полезны для понимания толерантности к экстремальным значениям влажности или температуры.
Цели изучения галотолерантности включают повышение сельскохозяйственной продуктивности земель, затронутых засолением почв или где доступна только соленая вода. Обычные сельскохозяйственные виды можно сделать более галотолерантными путем переноса генов от естественно галотолерантных видов (путем традиционной селекции или генной инженерии ) или путем применения методов лечения, разработанных на основе понимания механизмов галотолерантности. Кроме того, из естественных галотолерантных растений или микроорганизмов можно превратить полезные сельскохозяйственные культуры или ферментационные организмы.
Толерантность к условиям с высоким содержанием соли можно обеспечить несколькими способами. Высокий уровень соли, попадающий в растение, может вызвать ионный дисбаланс, который вызывает осложнения дыхания и фотосинтеза, что приводит к снижению темпов роста, травмам и смерти в тяжелых случаях. Чтобы считаться толерантным к солевым условиям, протопласт должен демонстрировать методы уравновешивания токсических и осмотических эффектов повышенных концентраций соли. Галофитные сосудистые растения могут выжить на почвах с содержанием солей около 6%, в крайних случаях до 20%. Толерантность 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 повредить чувствительные органеллы, такие как хлоропласты, поэтому наблюдается секвестрация соли. В результате этого действия соль сохраняется внутри вакуоли , защищая такие деликатные участки. Если внутри вакуоли наблюдаются высокие концентрации соли, между вакуолью и цитоплазмой устанавливается высокий градиент концентрации, что приводит к большим затратам энергии для поддержания этого состояния. Таким образом, можно увидеть, что накопление совместимых цитоплазматических осмотических растворов 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 представителях Chenopodiaceae , а представители 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. [ нужна цитата ]
Степень галотолерантности широко варьируется у разных видов бактерий. [4] Ряд цианобактерий галотолерантны; Примером места появления таких цианобактерий является Макгадикгади Панс , большое гиперсоленое озеро в Ботсване . [5]
Грибы из местообитаний с высокой концентрацией соли в основном галотолерантны (т.е. им не требуется соль для роста) и не галофилы. Галофильные грибы являются редким исключением. [6] Галотолерантные грибы составляют относительно большую и постоянную часть сообществ гиперсоленой среды, например, в солнечных солеварнях . [7] Хорошо изученные примеры включают дрожжи Debaryomyces hansenii и черные дрожжи Aureobasidium pullulans и Hortaea werneckii . [8] Последние могут расти как на средах без соли, так и в практически насыщенных растворах NaCl . Чтобы подчеркнуть эту необычайно широкую приспособляемость , некоторые авторы описывают H. werneckii как «чрезвычайно галотолерантный». [9]