Zrozumienie tropizmów roślin
Fototropizm to zginający ruch wzrostu części roślin w odpowiedzi na bodziec świetlny. Cathyn Melloan/Stone/Getty Images
Rośliny , podobnie jak zwierzęta i inne organizmy, muszą dostosowywać się do stale zmieniającego się środowiska. Podczas gdy Zwierząt potrafią przemieszczać się z miejsca na miejsce, gdy warunki środowiskowe stają się niesprzyjające, rośliny nie są w stanie tego zrobić. Ponieważ rośliny są bezruchowe (nie mogą się poruszać), rośliny muszą znaleźć inne sposoby radzenia sobie z niekorzystnymi warunkami środowiskowymi. Roślinne tropizmy to mechanizmy, dzięki którym rośliny dostosowują się do zmian środowiskowych. Tropizm to wzrost w kierunku bodźca lub od niego. Typowe bodźce, które wpływają na wzrost roślin to światło, grawitacja, woda i dotyk. Tropizmy roślin różnią się od innych ruchów generowanych przez bodźce, takich jak nastyczne ruchy , ponieważ kierunek reakcji zależy od kierunku bodźca. Nastyczne ruchy, takie jak ruch liści w Mięsożerne rośliny , są inicjowane przez bodziec, ale kierunek bodźca nie jest czynnikiem odpowiedzi.
Roślinne tropizmy są wynikiem wzrost różnicowy . Ten rodzaj wzrostu występuje, gdy komórki w jednym obszarze organu roślinnego, takim jak łodyga lub korzeń, rosną szybciej niż komórki w przeciwległym obszarze. Różnicowy wzrost komórek kieruje wzrostem narządu (łodygi, korzenia itp.) i determinuje kierunkowy wzrost całej rośliny. Hormony roślinne, takie jak auksyny , uważa się, że pomagają regulować zróżnicowany wzrost organu roślinnego, powodując, że roślina zakrzywia się lub wygina w odpowiedzi na bodziec. Wzrost w kierunku bodźca jest znany jako pozytywny tropizm , podczas gdy wzrost z dala od bodźca jest znany jako negatywny tropizm . Typowe reakcje tropików u roślin obejmują fototropizm , grawitropizm, tigmotropizm, hydrotropizm, termotropizm i chemotropizm.
Fototropizm
Hormony roślinne kierują rozwojem organizmu roślinnego w odpowiedzi na bodziec, taki jak światło. ttsz/iStock/Getty Images Plus
Fototropizm to kierunkowy wzrost organizmu w odpowiedzi na światło. Wzrost w kierunku światła lub pozytywny tropizm jest wykazany w wielu roślinach naczyniowych, takich jak: okrytozalążkowe , nagonasienne i paprocie. Łodygi tych roślin wykazują pozytywny fototropizm i rosną w kierunku źródła światła. Fotoreceptory w komórki roślinne wykrywają światło, a hormony roślinne, takie jak auksyny, są kierowane na tę stronę łodygi, która jest najdalej od światła. Nagromadzenie auksyn po zacienionej stronie łodygi powoduje, że komórki w tym obszarze wydłużają się szybciej niż komórki po przeciwnej stronie łodygi. W rezultacie łodyga zakrzywia się w kierunku od strony nagromadzonych auksyn iw kierunku światła. Łodygi roślin i odchodzi wykazać pozytywny fototropizm , podczas gdy korzenie (głównie pod wpływem grawitacji) wykazują tendencję negatywny fototropizm . Odkąd fotosynteza prowadzenie organelli, znanych jako chloroplasty , są najbardziej skoncentrowane w liściach, ważne jest, aby struktury te miały dostęp do światła słonecznego. I odwrotnie, korzenie pełnią funkcję pochłaniania wody i składników mineralnych, które z większym prawdopodobieństwem są pozyskiwane pod ziemią. Reakcja rośliny na światło pomaga zapewnić uzyskanie zasobów chroniących życie.
heliotropizm to rodzaj fototropizmu, w którym pewne struktury roślinne, zazwyczaj łodygi i kwiaty, podążają ścieżką słońca ze wschodu na zachód, gdy porusza się po niebie. Niektóre rośliny helotropowe są również w stanie odwrócić kwiaty z powrotem na wschód w nocy, aby upewnić się, że są zwrócone w kierunku słońca, gdy wschodzi. Ta zdolność śledzenia ruchu słońca jest obserwowana u młodych roślin słonecznika. W miarę dojrzewania rośliny te tracą zdolność heliotropową i pozostają w pozycji skierowanej na wschód. Heliotropizm wspomaga wzrost roślin i podwyższa temperaturę kwiatów skierowanych na wschód. To sprawia, że rośliny heliotropowe są bardziej atrakcyjne dla zapylaczy.
Tigmotropizm
Wąsy to zmodyfikowane liście, które owijają się wokół przedmiotów, wspierając roślinę. Są przykładami tigmotropizmu. Ed Reschke/Stockbyte/Getty Images
Tigmotropizm opisuje wzrost rośliny w odpowiedzi na dotyk lub kontakt ze stałym przedmiotem. Pozytywny timotropizm wykazują rośliny pnące lub pnącza, które mają wyspecjalizowane struktury zwane wąsy . Wąs to nitkowaty wyrostek używany do oplatania solidnych struktur. Zmodyfikowany liść, łodyga lub ogonek rośliny może być wąsem. Kiedy wąs rośnie, robi to w sposób obrotowy. Końcówka wygina się w różnych kierunkach tworząc spirale i nieregularne koła. Ruch rosnącego wąsa wygląda prawie tak, jakby roślina szukała kontaktu. Kiedy wąs styka się z przedmiotem, czuciowe komórki naskórka na powierzchni wąsów są stymulowane. Komórki te sygnalizują wąsom zwijanie się wokół obiektu.
Zwijanie się wąsów jest wynikiem zróżnicowanego wzrostu, ponieważ komórki nie mające kontaktu z bodźcem wydłużają się szybciej niż komórki stykające się z bodźcem. Podobnie jak w przypadku fototropizmu, auksyny biorą udział w zróżnicowanym wzroście wąsów. Większe stężenie hormonu gromadzi się po stronie wąsów, która nie styka się z przedmiotem. Wiązanie wąsów mocuje roślinę do obiektu, stanowiąc podporę dla rośliny. Aktywność roślin pnących zapewnia lepszą ekspozycję na światło do fotosyntezy, a także zwiększa widoczność ich kwiatów zapylacze .
Podczas gdy wąsy wykazują pozytywny tigmotropizm, korzenie mogą wykazywać negatywny timotropizm czasami. Gdy korzenie wnikają w ziemię, często rosną w kierunku od obiektu. Na wzrost korzeni wpływa przede wszystkim grawitacja, a korzenie mają tendencję do wyrastania pod ziemią i z dala od powierzchni. Kiedy korzenie stykają się z przedmiotem, często zmieniają kierunek w dół w odpowiedzi na bodziec kontaktowy. Unikanie obiektów pozwala korzeniom swobodnie rosnąć w glebie i zwiększa ich szanse na uzyskanie składników odżywczych.
Grawitropizm
Ten obraz przedstawia główne etapy kiełkowania nasion rośliny. Na trzecim obrazie korzeń rośnie w dół w odpowiedzi na grawitację, podczas gdy na czwartym obrazie pęd embrionalny (pióropusz) rośnie wbrew grawitacji. Power and Syred/Science Photo Library/Getty Images
Grawitropizm lub geotropizm to wzrost w odpowiedzi na grawitację. Grawitropizm jest bardzo ważny w roślinach, ponieważ kieruje wzrost korzeni w kierunku siły grawitacji (dodatni grawitropizm) i wzrost łodyg w przeciwnym kierunku (ujemny grawitropizm). Ukierunkowanie systemu korzeni i pędów rośliny na grawitację można zaobserwować na etapach kiełkowania sadzonek. Gdy embrionalny korzeń wyłania się z nasienia, rośnie w dół w kierunku grawitacji. Jeśli ziarno zostanie obrócone w taki sposób, że korzeń skierowany jest w górę, z dala od gleby, korzeń wykrzywi się i przeorientuje się z powrotem w kierunku przyciągania grawitacyjnego. Odwrotnie, rozwijający się pęd ustawia się wbrew grawitacji, aby rosnąć w górę.
Nasadka korzenia kieruje wierzchołek korzenia w kierunku siły grawitacji. Wyspecjalizowane komórki w nasadce korzeniowej zwane statocyty uważa się, że są odpowiedzialne za wykrywanie grawitacji. Statocyty znajdują się również w łodygach roślin i zawierają: organelle nazywa amyloplasty . Amyloplasty pełnią funkcję magazynów skrobi. Gęste ziarna skrobi powodują osadzanie się amyloplastów w korzeniach roślin w odpowiedzi na grawitację. Sedymentacja amyloplastu powoduje, że czapeczka korzeniowa wysyła sygnały do obszaru korzenia zwanego strefa wydłużenia . Za wzrost korzeni odpowiadają komórki w strefie wydłużenia. Aktywność w tym obszarze prowadzi do zróżnicowanego wzrostu i skrzywienia korzenia kierując wzrost w dół w kierunku grawitacji. Jeśli korzeń zostanie przesunięty w taki sposób, aby zmienić orientację statocytów, amyloplasty przesuną się do najniższego punktu komórek. Zmiany położenia amyloplastów są wykrywane przez statocyty, które następnie sygnalizują strefę wydłużenia korzenia, aby dostosować kierunek krzywizny.
Auksyny odgrywają również rolę w kierunkowym wzroście roślin w odpowiedzi na grawitację. Nagromadzenie auksyn w korzeniach spowalnia wzrost. Jeśli roślina zostanie umieszczona poziomo na boku bez ekspozycji na światło, auksyny będą gromadzić się w dolnej części korzeni, powodując wolniejszy wzrost po tej stronie i krzywiznę korzenia w dół. W tych samych warunkach łodyga rośliny będzie wykazywać ujemny grawitropizm . Grawitacja spowoduje gromadzenie się auksyn w dolnej części łodygi, co spowoduje wydłużenie komórek po tej stronie w szybszym tempie niż komórek po przeciwnej stronie. W rezultacie pęd ugnie się w górę.
Hydrotropizm
Ten obraz przedstawia korzenie namorzynowe w pobliżu wody w Parku Narodowym Iriomote na wyspach Yaeyama, Okinawa, Japonia. Ippei Naoi/Moment/Getty Images
Hydrotropizm to wzrost kierunkowy w odpowiedzi na stężenie wody. Ten tropizm jest ważny u roślin dla ochrony przed warunkami suszy poprzez pozytywny hydrotropizm i przed przesyceniem wody poprzez negatywny hydrotropizm. Jest to szczególnie ważne dla roślin w stanie suchym biomy aby móc reagować na stężenia wody. Gradienty wilgoci są wykrywane w korzeniach roślin. The komórki po stronie korzenia najbliżej źródła wody wzrost jest wolniejszy niż po stronie przeciwnej. Hormon roślinny kwas abscysynowy (ABA) odgrywa ważną rolę w indukowaniu różnicowego wzrostu w strefie wydłużania korzeni. Ten zróżnicowany wzrost powoduje, że korzenie rosną w kierunku wody.
Zanim korzenie roślin będą mogły wykazywać hydrotropizm, muszą przezwyciężyć swoje tendencje grawitroficzne. Oznacza to, że korzenie muszą stać się mniej wrażliwe na grawitację. Badania nad interakcją między grawitropizmem a hydrotropizmem u roślin wskazują, że narażenie na gradient wody lub brak wody może powodować u korzeni wykazywanie hydrotropizmu nad grawitropizmem. W tych warunkach zmniejsza się liczba amyloplastów w statocytach korzeniowych. Mniejsza liczba amyloplastów oznacza, że sedymentacja amyloplastów nie ma tak dużego wpływu na korzenie. Redukcja amyloplastu w czapeczkach korzeniowych pomaga korzeniom przezwyciężyć siłę grawitacji i poruszać się w odpowiedzi na wilgoć. Korzenie w dobrze nawodnionej glebie mają więcej amyloplastów w kapeluszach korzeniowych i mają znacznie większą reakcję na grawitację niż na wodę.
Więcej roślinnych tropizmów
Widocznych jest osiem ziaren pyłku, skupionych wokół wypustki przypominającej palec, będącej częścią piętna kwiatów opium. Widocznych jest kilka łagiewek pyłkowych. Dr Jeremy Burgess / Science Photo Library / Getty Images
Dwa inne typy tropizmów roślinnych to termotropizm i chemotropizm. Termotropizm to wzrost lub ruch w odpowiedzi na zmiany temperatury lub temperatury, podczas gdy chemotropizm to wzrost w odpowiedzi na chemikalia. Korzenie roślin mogą wykazywać dodatni termotropizm w jednym zakresie temperatur i ujemny termotropizm w innym zakresie temperatur.
Korzenie roślin są również organami wysoce chemotropowymi, ponieważ mogą reagować pozytywnie lub negatywnie na obecność pewnych substancji chemicznych w glebie. Chemotropizm korzeni pomaga roślinie uzyskać dostęp do bogatej w składniki odżywcze gleby w celu zwiększenia wzrostu i rozwoju. Innym przykładem pozytywnego chemotropizmu jest zapylanie roślin kwitnących. Kiedy pyłek kwiatowy ziarno ląduje na żeńskiej strukturze rozrodczej zwanej piętnem, ziarno pyłku kiełkuje tworząc łagiewkę pyłkową. Wzrost łagiewki pyłkowej jest kierowany w kierunku jajnika poprzez uwolnienie sygnałów chemicznych z jajnika.
Źródła
- Atamian, Hagop S., et al. Dobowa regulacja heliotropizmu słonecznika, orientacja florystyczna i wizyty zapylaczy. Nauki ścisłe , Amerykańskie Stowarzyszenie Postępu Naukowego, 5 sierpnia 2016 r., science.sciencemag.org/content/353/6299/587.full.
- Chen, Rujin i in. „Grawitropizm w wyższych roślinach”. Fizjologia roślin , tom. 120 (2), 1999, s. 343-350., doi:10.1104/s.120.2.343.
- Dietrich, Daniela i in. 'Hytropizm korzeni jest kontrolowany przez mechanizm wzrostu specyficzny dla kory'. Rośliny przyrodnicze , tom. 3 (2017): 17057. Nature.com. Sieć. 27 lutego 2018 r.
- Esmon, C. Alex i in. Tropizmy roślinne: dostarczanie siły ruchu organizmowi siedzącemu. International Journal of Developmental Biology , tom. 49, 2005, s. 665–674., doi:10.1387/ijdb.052028ce.
- Stowe-Evans, Emily L., et al. „NPH4, warunkowy modulator zależnych od auksyny różnicowych odpowiedzi wzrostu u Arabidopsis”. Fizjologia roślin , tom. 118 (4), 1998, s. 1265-1275., doi: 10.1104/s. 118.4.1265.
- Takahashi, Nobuyuki i in. „Hydrotropizm oddziałuje z grawitropizmem poprzez degradację amyloplastów w korzeniach sadzonek Arabidopsis i rzodkiewki”. Fizjologia roślin , tom. 132 (2), 2003, s. 805-810., doi:10.1104/s.018853.