[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/2020\/12\/01\/kaltharten-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/2020\/12\/01\/kaltharten-wikipedia\/","headline":"Kalth\u00e4rten &#8211; Wikipedia","name":"Kalth\u00e4rten &#8211; Wikipedia","description":"Kalth\u00e4rten ist der physiologische und biochemische Prozess, durch den sich ein Organismus auf kaltes Wetter vorbereitet. 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Pflanze bedeckt im Schnee nach einem Eissturm im Jahr 2013, Ontario, Kanada    Pflanzen in gem\u00e4\u00dfigten und polaren Regionen passen sich den Winter- und Minustemperaturen an, indem sie N\u00e4hrstoffe aus Bl\u00e4ttern und Trieben in Speicherorgane verlagern.[1]  Gefriertemperaturen f\u00fchren zu dehydrativem Stress bei Pflanzen, da die Wasseraufnahme in der Wurzel und der Wassertransport in der Pflanze abnehmen.[2]  Wasser in und zwischen Zellen in der Pflanze gefriert und dehnt sich aus, was zu Gewebesch\u00e4den f\u00fchrt.  Das Kalth\u00e4rten ist ein Prozess, bei dem eine Pflanze physiologischen Ver\u00e4nderungen unterzogen wird, um Zellverletzungen durch Temperaturen unter Null zu vermeiden oder zu mildern.[1]  Nicht akklimatisierte Individuen k\u00f6nnen \u20135 \u00b0 C \u00fcberleben, w\u00e4hrend ein akklimatisiertes Individuum derselben Spezies \u201330 \u00b0 C \u00fcberleben kann.  Pflanzen, die ihren Ursprung in den Tropen haben, wie Tomaten oder Mais, werden nicht kalt geh\u00e4rtet und k\u00f6nnen die Gefriertemperaturen nicht \u00fcberstehen.[3]  Die Anlage beginnt die Anpassung, indem sie kalten, aber noch nicht gefrorenen Temperaturen ausgesetzt wird.  Der Prozess kann in drei Schritte unterteilt werden.  Zuerst nimmt die Pflanze eine niedrige Temperatur wahr und wandelt dann das Signal um, um die Expression geeigneter Gene zu aktivieren oder zu unterdr\u00fccken.  Schlie\u00dflich verwendet es diese Gene, um den Stress zu bek\u00e4mpfen, der durch Temperaturen unter Null verursacht wird und die lebenden Zellen beeinflusst.  Viele der Gene und Reaktionen auf Stress bei niedrigen Temperaturen werden mit anderen abiotischen Belastungen wie D\u00fcrre oder Salzgehalt geteilt.[2]    Schema einer typischen Pflanzenzelle  Wenn die Temperatur sinkt, \u00e4ndern sich die Membranfluidit\u00e4t, die RNA- und DNA-Stabilit\u00e4t und die Enzymaktivit\u00e4t.  Diese beeinflussen wiederum die Transkription, Translation, den Zwischenstoffwechsel und die Photosynthese, was zu einem Energieungleichgewicht f\u00fchrt.  Es wird angenommen, dass dieses Energieungleichgewicht eine der M\u00f6glichkeiten ist, mit denen die Anlage niedrige Temperaturen erkennt.  Experimente an Arabidopsis zeigen, dass die Anlage eher die Temperatur\u00e4nderung als die absolute Temperatur erkennt.[2]  Die Geschwindigkeit des Temperaturabfalls h\u00e4ngt direkt mit der Gr\u00f6\u00dfe des Calciumeinstroms aus dem Raum zwischen den Zellen in die Zelle zusammen.  Calciumkan\u00e4le in der Zellmembran erfassen den Temperaturabfall und f\u00f6rdern die Expression von f\u00fcr niedrige Temperaturen verantwortlichen Genen in Alfalfa und Arabidopsis.  Die Reaktion auf die \u00c4nderung der Kalziumerh\u00f6hung h\u00e4ngt vom Zelltyp und der Stressgeschichte ab.  Sprossgewebe reagiert mehr als Wurzelzellen, und eine Zelle, die bereits an K\u00e4ltestress angepasst ist, reagiert mehr als eine Zelle, die zuvor noch nicht kalt geh\u00e4rtet wurde.  Licht steuert den Beginn der Kaltverfestigung nicht direkt, aber die Verk\u00fcrzung des Tageslichts ist mit einem Sturz verbunden und startet die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies und die Anregung des Photosystems 2, was die Signal\u00fcbertragungsmechanismen bei niedrigen Temperaturen beeinflusst.  Pflanzen mit einer beeintr\u00e4chtigten Wahrnehmung der Tagesl\u00e4nge haben eine beeintr\u00e4chtigte K\u00e4lteakklimatisierung.[2]K\u00e4lte erh\u00f6ht die Zellmembranpermeabilit\u00e4t[4]  und l\u00e4sst die Zelle schrumpfen, wenn Wasser herausgezogen wird, wenn sich Eis in der extrazellul\u00e4ren Matrix zwischen den Zellen bildet.[2]  Um die Oberfl\u00e4che der Zellmembran zu erhalten, damit sie bei wieder steigender Temperatur ihr fr\u00fcheres Volumen wiedererlangen kann, bildet die Pflanze mehr und st\u00e4rkere Hechtsche Str\u00e4nge.  Dies sind r\u00f6hrenf\u00f6rmige Strukturen, die den Protoplasten mit der Zellwand verbinden.  Wenn das intrazellul\u00e4re Wasser gefriert, dehnt sich die Zelle aus und ohne Kaltverfestigung w\u00fcrde die Zelle platzen.  Um die Zellmembran vor durch Expansion verursachten Sch\u00e4den zu sch\u00fctzen, ver\u00e4ndert die Pflanzenzelle die Anteile fast aller Lipide in der Zellmembran und erh\u00f6ht die Menge an insgesamt l\u00f6slichem Protein und anderen kryoprotektierenden Molek\u00fclen wie Zucker und Prolin.[3]Bei 0\u201310 Grad Celsius tritt eine K\u00e4ltesch\u00e4digung auf, die auf Membransch\u00e4den, Stoffwechselver\u00e4nderungen und toxische Ablagerungen zur\u00fcckzuf\u00fchren ist.  Zu den Symptomen geh\u00f6ren Welken, Einweichen von Wasser, Nekrose, Chlorose, Ionenleckage und vermindertes Wachstum.  Bei Temperaturen unter 0 Grad Celsius kann es zu Frostverletzungen kommen.  Zu den Symptomen des extrazellul\u00e4ren Einfrierens geh\u00f6ren strukturelle Sch\u00e4den, Dehydration und Nekrose.  Wenn ein intrazellul\u00e4res Einfrieren auftritt, f\u00fchrt dies zum Tod.  Eine Gefrierverletzung ist eine Folge von Permeabilit\u00e4tsverlust, Plasmolyse und Platzen der Zellen nach dem Auftauen.Wenn der Fr\u00fchling kommt oder w\u00e4hrend einer milden Zeit im Winter, h\u00e4rten die Pflanzen aus, und wenn die Temperatur lange genug warm ist, setzt sich ihr Wachstum fort.[1]  Insekten[edit]Kalth\u00e4rtung wurde auch bei Insekten wie der Fruchtfliege und der Diamantenmotte beobachtet.  Die Insekten verwenden eine schnelle Kalth\u00e4rtung, um w\u00e4hrend der \u00dcberwinterungsperioden vor K\u00e4lteschock zu sch\u00fctzen.[5][6]\u00dcberwinterende Insekten bleiben den ganzen Winter \u00fcber wach und aktiv, w\u00e4hrend nicht \u00fcberwinternde Insekten wandern oder sterben.  Schnelle Kaltverfestigung kann w\u00e4hrend kurzer Zeitr\u00e4ume mit unerw\u00fcnschten Temperaturen wie K\u00e4lteschock bei Umgebungstemperatur sowie in den \u00fcblichen kalten Monaten auftreten.  Die Bildung von kryoprotektiven Verbindungen ist der Grund daf\u00fcr, dass Insekten kalt h\u00e4rten k\u00f6nnen.[5]Glycerin ist eine kryoprotektive Substanz, die in diesen Insekten enthalten ist und \u00fcberwintern kann.  Durch Tests erfordert Glycerin Wechselwirkungen mit anderen Zellkomponenten innerhalb des Insekts, um die Durchl\u00e4ssigkeit des K\u00f6rpers f\u00fcr K\u00e4lte zu verringern.[5]  Wenn ein Insekt diesen kalten Temperaturen ausgesetzt wird, reichert sich Glycerin schnell an.  Glycerin ist als nichtionisches Kosmotrop bekannt, das starke Wasserstoffbr\u00fccken mit Wassermolek\u00fclen bildet.  Die Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen in der Glycerinverbindung konkurrieren mit den schw\u00e4cheren Bindungen zwischen den Wassermolek\u00fclen, was zu einer Unterbrechung der Eisbildung f\u00fchrt.[7]  Diese in der Glycerinverbindung und der Reaktion zwischen Wasser gefundene Chemie wurde in der Vergangenheit als Frostschutzmittel verwendet und kann hier beim Kalth\u00e4rten beobachtet werden.  Proteine \u200b\u200bspielen auch eine gro\u00dfe Rolle in den kryoprotektiven Verbindungen, die die F\u00e4higkeit erh\u00f6hen, den Kalth\u00e4rtungsprozess und Umweltver\u00e4nderungen zu \u00fcberleben.  Glykogenphosphorylase (GlyP) war ein Schl\u00fcsselprotein, bei dem w\u00e4hrend des Tests festgestellt wurde, dass es im Vergleich zu einer kontrollierten Gruppe, bei der keine Kalth\u00e4rtung auftritt, zunimmt.[8]  Sobald w\u00e4rmere Temperaturen beobachtet werden, beginnt der Akklimatisierungsprozess, und das erh\u00f6hte Glycerin wird zusammen mit anderen kryoprotektiven Verbindungen und Proteinen ebenfalls umgekehrt.  Bestimmte Insekten weisen eine schnelle Kalth\u00e4rtekapazit\u00e4t auf, was darauf hindeutet, dass nicht alle Insekten eine lange Zeit der \u00dcberwinterung \u00fcberleben k\u00f6nnen.  Nicht diapausierende Insekten k\u00f6nnen kurze Temperaturschocks aushalten, haben jedoch h\u00e4ufig eine Grenze, mit der sie umgehen k\u00f6nnen, bevor der K\u00f6rper nicht mehr gen\u00fcgend kryoprotektive Komponenten produzieren kann.  Der Kalth\u00e4rtungsprozess ist f\u00fcr das \u00dcberleben der Insekten bei kalten Temperaturen von Vorteil und tr\u00e4gt auch zur Verbesserung der Leistung der Organismen bei.[9]  Das schnelle Kalth\u00e4rten (RCH) ist eine der schnellsten aufgezeichneten Kalttemperaturreaktionen.[9]  Dieser Prozess erm\u00f6glicht es einem Insekt, sich sofort an die Unwetter\u00e4nderung anzupassen, ohne die Funktion zu beeintr\u00e4chtigen.  Das Drosophila melanogaster (gemeine Fruchtfliege) ist ein h\u00e4ufig experimentiertes Insekt mit Kalth\u00e4rtung.  Ein bew\u00e4hrtes Beispiel f\u00fcr die Verbesserung der Leistung von RCH-Organismen ist das Werben und Paaren innerhalb der Fruchtfliege.  Es wurde getestet, dass sich die Fruchtfliege h\u00e4ufiger paart, sobald RCH in Bezug auf eine kontrollierte Insektengruppe ohne RCH begonnen hat.[9]  Es wird beobachtet, dass die meisten Insekten, die l\u00e4ngere K\u00e4lteperioden erleben, die Membranlipide im K\u00f6rper modifizieren.  Die Ents\u00e4ttigung von Fetts\u00e4uren ist die am h\u00e4ufigsten beobachtete Modifikation der Membran.[9]  Wenn die Fruchtfliege unter dem stressigen Klima beobachtet wurde, erh\u00f6hte sich die \u00dcberlebensrate im Vergleich zur Fliege vor dem Kalth\u00e4rten.  Zus\u00e4tzlich zu Tests an der gemeinsamen Fruchtfliege Plutella xylostella (Diamantr\u00fcckenmotte) wurde ebenfalls umfassend auf seine Bedeutung beim Kalth\u00e4rten untersucht.  W\u00e4hrend dieses Insekt auch einen Anstieg von Glycerin und \u00e4hnlichen kryoprotektiven Verbindungen zeigt, zeigt es auch einen Anstieg von Polyolen.  Diese Verbindungen sind speziell mit kryoprotektiven Verbindungen verbunden, die gegen Kalth\u00e4rten ausgelegt sind.  Die Polyolverbindung ist gefrierempfindlich und gefriertolerant.[10]  Polyole wirken einfach als Barriere innerhalb des Insektenk\u00f6rpers, indem sie das intrazellul\u00e4re Einfrieren verhindern, indem sie das extrazellul\u00e4re Einfrieren einschr\u00e4nken, das wahrscheinlich in \u00dcberwinterungsperioden auftritt.[10]  W\u00e4hrend des Larvenstadiums der Diamantr\u00fcckenmotte wurde die Bedeutung von Glycerin erneut auf ihre G\u00fcltigkeit getestet.  Das Labor injizierte den Larven zugesetztes Glycerin und bewies wiederum, dass Glycerin ein wichtiger Faktor f\u00fcr die \u00dcberlebensrate beim Kalth\u00e4rten ist.  Die K\u00e4ltetoleranz ist direkt proportional zum Aufbau von Glycerin w\u00e4hrend des Kalth\u00e4rtens.[10]Das Kalth\u00e4rten von Insekten verbessert die \u00dcberlebensrate der Spezies und verbessert die Funktion.  Sobald sich die Umgebungstemperatur \u00fcber dem Gefrierpunkt erw\u00e4rmt, kehrt sich der Kalth\u00e4rtungsprozess um und das Glycerin und die kryprotektiven Verbindungen nehmen im K\u00f6rper ab.  Dies f\u00fchrt auch die Funktion des Insekts auf eine vorkalte H\u00e4rtungsaktivit\u00e4t zur\u00fcck.Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ ein b c Thorsen, Stig Morten;  H\u00f6glind, Mats (15.12.2010).  &#8220;Modellierung des Kalth\u00e4rtens und Enth\u00e4rtens in Timothy. Sensitivit\u00e4tsanalyse und Bayes&#8217;scher Modellvergleich&#8221;. Land- und Forstmeteorologie. 150 (12): 1529\u20131542.  Bibcode:2010AgFM..150.1529T.  doi:10.1016 \/ j.agrformet.2010.08.001.^ ein b c d e Smallwood, Maggie;  Bowles, Dianna J. (29.07.2002). &#8220;Pflanzen in einem kalten Klima&#8221;. Philosophische Transaktionen der Royal Society B: Biologische Wissenschaften. 357 (1423): 831\u2013847.  doi:10.1098 \/ rstb.2002.1073.  ISSN 0962-8436.  PMC 1692998.  PMID 12171647.^ ein b McKhann, Heather I.;  Gery, Carine;  B\u00e9rard, Aur\u00e9lie;  L\u00e9v\u00eaque, Sylvie;  Zuther, Ellen;  Hincha, Dirk K.;  De Mita, S.;  Brunel, Dominique;  T\u00e9oul\u00e9, Evelyne (01.01.2008). &#8220;Nat\u00fcrliche Variation der CBF-Gensequenz, Genexpression und Gefriertoleranz in der Versailles-Kernsammlung von Arabidopsis thaliana&#8221;. BMC Pflanzenbiologie. 8: 105. doi:10.1186 \/ 1471-2229-8-105.  ISSN 1471-2229.  PMC 2579297.  PMID 18922165.^ Forbes, James C.;  Watson, Drennan (1992-08-20). Pflanzen in der Landwirtschaft.  Cambridge University Press.  ISBN 9780521427913.^ ein b c Chen, CP;  Denlinger, DL;  Lee, RE (1987).  &#8220;Ein schneller Kalth\u00e4rtungsprozess bei Insekten&#8221;. Wissenschaft. 238 (4832): 1415\u20137.  Bibcode:1987Sci &#8230; 238.1415L.  doi:10.1126 \/ science.238.4832.1415.  PMID 17800568.  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PMID 24508557.^ ein b c d Lee, RE;  Damodaran, K.;  Yi, SX;  Lorigan, GA (2006).  &#8220;Schnelles Kalth\u00e4rten erh\u00f6ht die Membranfl\u00fcssigkeit und K\u00e4ltetoleranz von Insektenzellen&#8221;. Kryobiologie. 52 (3): 459\u2013463.  doi:10.1016 \/ j.cryobiol.2006.03.003.  PMID 16626678.^ ein b c Park, Y.;  Kim, Y. (2014).  &#8220;Eine spezifische Glycerinkinase induziert eine schnelle Kalth\u00e4rtung der Diamantr\u00fcckenmotte Plutella xylostella.&#8221; Journal of Insect Physiology. 67: 56\u201363.  doi:10.1016 \/ j.jinsphys.2014.06.010.  PMID 24973793."},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/2020\/12\/01\/kaltharten-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Kalth\u00e4rten &#8211; Wikipedia"}}]}]