گیاهان دائماً با چالش‌هایی از شرایط نامطلوب محیطی و استرس زا مانند خشکسالی، گرما، سرما، کمبود مواد مغذی، نمک اضافی و فلزات سمی در خاک مواجه هستند که استفاده از زمین‌های زراعی را محدود می‌کند و بر بهره‌وری محصول تأثیر منفی می‌گذارد.
این عوامل محیطی می‌توانند بر جنبه های مختلف رشد گیاه، فیزیولوژی و فرآیندهای مولکولی تأثیر بگذارند.
به عنوان مثال، افزایش سطح CO2 اتمسفر می تواند بر فتوسنتز و رشد تأثیر بگذارد و منجر به تغییر در زیست توده و کیفیت تغذیه شود.
تنش شوری
قرار گرفتن طولانی مدت در معرض تنش شوری می تواند منجر به کاهش رشد، اختلال در فتوسنتز و حتی مرگ گیاه شود.
هنگامی که گیاهان در معرض شوری زیاد قرار می‌گیرند، نمک اضافی در خاک توانایی گیاه در جذب آب را مختل می‌کند، این منجر به کمبود آب در گیاه می‌شود که باعث کم آبی و کاهش فشار تورگور می‌شود.
علاوه بر این، سطوح بالای نمک، جذب و انتقال طبیعی مواد مغذی ضروری مانند پتاسیم، کلسیم و منیزیم را مختل می‌کند و منجر به عدم تعادل و کمبود مواد مغذی می‌شود .
در پاسخ به تنش شوری و این شرایط استرس زا ، گیاهان از استراتژی‌های تطبیقی مختلفی برای کاهش اثرات آن استفاده می‌کنند.
این استراتژی ها شامل تنظیم اسمزی است، جایی که گیاهان املاح سازگار را برای حفظ پتانسیل اسمزی سلولی و جذب آب انباشته می‌کنند.
برخی از گیاهان نیز ساختارهای ویژه‌ای مانند غدد نمکی یا مثانه‌های نمکی برای دفع نمک اضافی ایجاد می‌کنند، علاوه بر این، گیاهان ممکن است سیستم ریشه خود را با افزایش طول یا تراکم ریشه برای کشف مناطق کمتر شور خاک اصلاح کنند.
تنش خشکی
خشکی می‌تواند با تأثیر بر جنبه‌های مختلف ساختار و عملکرد برگ، مانند تقسیم سلولی، گسترش و ضخامت بافت مانع رشد گیاه شود.
گیاهان مختلف ممکن است واکنش های متفاوتی به خشکی نشان دهند، مخروطی‌ها ظرفیت نگهداری آب خود را با تنظیم ضخامت برگ بهبود می بخشند.
در حالی که گیاه دیوخار (Lycium barbarum ) با اصلاح ضخامت بافت تعرق را کاهش می‌دهد. این تغییرات در ساختار برگ منجر به کاهش تعرق و سرعت فتوسنتز می‌شود.
تنش خشکی بر سیستم ریشه گیاهان نیز تأثیر می‌گذارد. اندازه منطقه استل و قطر ظرف را کاهش می‌دهد در حالی که تعداد رگ‌ها را برای تسهیل جریان آب افزایش می‌دهد.
برای افزایش احتباس آب و مقاومت در برابر خشکی، گیاهان تعداد ریشه‌های کاربردی را افزایش می‌دهند و ظرفیت جذب آب را از طریق غلاف ریشه بهبود می‌بخشند.
آنها همچنین ساختار ریشه، از جمله موهای ریشه، تراکم و طول را تنظیم می‌کنند تا بر توزیع ریشه، تثبیت خاک و جذب مواد مغذی تأثیر بگذارند.
این سازگاری‌ها به گیاهان کمک می‌کند تا ظرفیت جذب آب خود را در شرایط خشکسالی افزایش دهند.
تنش غرقابی
واکنش برگ‌ها به تنش غرقابی شامل علائمی مانند پیچ خوردگی، زردی، پژمردگی، ریزش و پوسیدگی است. برگ‌ها با افزایش یا کاهش ضخامت خود با تنش غرقابی سازگار می‌شوند.
افزایش ضخامت به گیاهان کمک می کند تا آب را با تنظیم ترکیب بافت و کاهش اندازه برگ و روزنه حفظ کنند.
برخی از گیاهان برگ‌های خود را نازک می‌کنند یا برگ‌های تخصصی ایجاد می‌کنند تا تبادل گاز و تنفس را در شرایط غرقابی افزایش دهند.
آناتومی داخلی برگ‌ها نیز برای بهبود تعرق دستخوش تغییراتی می‌شود، اگرچه تحقیقات بیشتری برای درک دلایل این سازگاری‌ها مورد نیاز است
یک سازگاری برجسته با تنش غرقابی، تشکیل آئرنشیم در ریشه‌های فرعی است. این باعث ایجاد فضاهای هوایی و افزایش جذب اکسیژن توسط بافت زیر آب می‌شود. کراتینه شدن دیواره سلولی اپیتلیال بیشتر به جذب اکسیژن کمک می‌کند.
موهای فراوان ریشه و کوتیکول‌های نازک به افزایش محتوای اکسیژن در گیاهان مقاوم به غرقاب کمک می‌کنند. سلول‌های قشر آوندی لیگن شده و آمبولیزه شده، انتشار اکسیژن در فواصل طولانی را تسهیل کرده و از ورود سموم خاک به گیاه جلوگیری می‌کنند.
گیاهانی مانند برنج و تئوزینت مقاوم به غرقاب، رسوب لیگنین را افزایش داده، ریشه‌های ناخواسته بزرگ‌تر و انتقال اکسیژن را در شرایط غرقابی بهبود می‌بخشند.
این سازگاری‌ها در ساختار ریشه به گیاهان کمک می‌کند تا حفره های هوایی ایجاد کنند، فضای ذخیره سازی را گسترش دهند و از ورود سموم به خاک جلوگیری کنند.
وجود فلزات سنگین
وجود فلزات سنگین در خاک‌های آلوده از طریق اختلالات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی بر رشد گیاه تأثیر منفی می‌گذارد که منجر به کاهش رشد و اثرات سمی گیاهی می‌شود.
این اثرات شامل اختلال در مواد مغذی، کاهش فتوسنتز، آسیب کلروپلاست، استرس اکسیداتیو، مهار آنزیم، عدم تعادل ردوکس، آسیب DNA و اکسیداسیون پروتئین است. درک این اثرات به دانشمندان کمک می کند تا گونه های گیاهی مقاوم به فلز را برای گیاه پالایی خاک‌های آلوده شناسایی کنند
اثرات کشت مشترک خردل هندی و ذرت سیلویی، همراه با کاربرد ذغال سنگ نارس، بر گیاه پالایی خاک آلوده به کادمیوم گزارش شده است.
استرس گرمایی
استرس گرمایی به اثرات نامطلوبی که ارگانیسم ها در معرض دمای بالا تجربه می‌کنند اشاره دارد، این می‌تواند باعث عدم تعادل فیزیولوژیکی و متابولیک شود که منجر به کاهش رشد، کاهش عملکرد و حتی مرگ و میر گیاه شود.
برای این استرس، استراتژی‌هایی مانند ایجاد سایه، بهینه‌سازی آبیاری، مالچ پاشی، بهبود گردش هوا و انتخاب گونه‌های گیاهی مقاوم به گرما را می‌توان به کار گرفت. علاوه بر این، زمان‌بندی فعالیت‌ها، مانند آبیاری و برداشت، در دوره‌های خنک‌تر روز می‌تواند به کاهش اثرات استرس گرمایی کمک کند.
استرس بیولوژیکی
استرس بیولوژیکی به اثرات نامطلوب موجودات زنده مانند قارچ‌ها، ویروس‌ها، باکتری‌ها، نماتدها و حشرات بر روی گیاهان اشاره دارد. این عوامل استرس‌زا می‌توانند منجر به بیماری‌ها، عفونت‌ها و آسیب به محصولات و در نتیجه کاهش عملکرد شود.
این میکروارگانیسم‌ها می‌توانند گیاهان را آلوده کرده و طیف وسیعی از علائم از جمله کلروز، رشد کوتاه‌قد، پوسیدگی و ضایعات را ایجاد کنند. عفونت‌های چند پاتوژن با هم اغلب منجر به علائم بیماری شدیدتر از عفونت‌های فردی می‌شوند.
این مکانیسم شامل تهاجم و کلونیزاسیون بافت‌های گیاهی است که منجر به اختلال در فرآیندهای سلولی و جذب مواد مغذی می‌شود.
برای کنترل تنش زیستی می‌توان از استراتژی‌های مختلفی چون استفاده از گونه‌های مقاوم از طریق اصلاح ژنتیکی یا اصلاح سنتی، اجرای شیوه‌های فرهنگی مانند تناوب زراعی و بهداشت، استفاده از عوامل کنترل بیولوژیکی و استفاده از آفت‌کش‌های شیمیایی به عنوان آخرین راه استفاده کرد.
رویکردهای مدیریت یکپارچه آفات که روش‌های کنترل چندگانه را ترکیب می‌کنند، اغلب در مدیریت تنش زیستی و به حداقل رساندن تأثیر آن بر سلامت و بهره‌وری گیاه مؤثر هستند.
حشرات گیاهخوار، کنه‌ها و آفات می‌توانند از بافت گیاه تغذیه کنند و بر خواص فیزیکوشیمیایی آنها تأثیر بگذارند.
گیاهخواری می‌تواند منجر به آسیب بافتی، از دست دادن ظرفیت فتوسنتزی، تغییر تخصیص مواد مغذی و القای واکنش های دفاعی شود.
فعالیت‌های تغذیه‌ای علف‌خواران همچنین می‌تواند باعث آزاد شدن ترکیب آلی فراری شود که فیزیولوژی گیاهی است و گیاهان از طریق موانع فیزیکی (خار، برگ‌های سخت)، دفاع شیمیایی (ترکیبات سمی)، انتشار ترکیبات فرار برای جذب شکارچیان و تغییرات القایی در مورفولوژی برگ یا رشد جبرانی برای کاهش آسیب ناشی از گیاهخواری دفاع می‌کنند.
علف‌های هرز برای منابعی مانند نور، آب و مواد مغذی با گیاهان کشت شده رقابت می‌کنند. رقابت علف‌های هرز می‌تواند ویژگی‌های فیزیکی گیاه را با کاهش آسیب به منابع وارد کند که منجر به تغییر در دسترسی به مواد مغذی رشد گیاه و رابطه آب می‌شود.
علف‌های هرز همچنین می‌توانند ترکیبات آللوپاتیک را آزاد کنند که مانع از رشد، جوانه زنی بذر و جذب مواد مغذی گیاه مجاور می‌شود.
آنها همچنین می‌توانند بر روند فیزیولوژیکی، از جمله فتوسنتز، تنفس و فعالیت آنزیم‌ها تأثیر بگذارند.
گیاهان از طریق رقابت برای منابعی مانند نور، آب و مواد مغذی با علف‌های هرز مبارزه کرده و از رشد علف‌های هرز جلوگیری می‌کنند.
آنها همچنین ترکیبات آللوپاتیک را آزاد می‌کنند که از جوانه زنی و رشد علف‌های هرز جلوگیری می‌کند.
علاوه بر این، گیاهان می‌توانند سیستم ریشه خود را تغییر دهند تا با علف‌های هرز رقابت کرده و یک سایبان متراکم برای سرکوب علف‌های هرز ایجاد کنند.
برخی از گیاهان نیز روابط متقابلی با ارگانیسم‌های مفید دارند که به کنترل جمعیت علف‌های هرز کمک می‌کنند.
