Razumevanje rastlinskih tropizmov
Fototropizem je upogibno rastno gibanje delov rastline kot odgovor na svetlobni dražljaj. Cathlyn Melloan/Stone/Getty Images
Rastline , tako kot živali in drugi organizmi, se morajo prilagajati okolju, ki se nenehno spreminja. Medtem živali se lahko preselijo iz enega kraja v drugega, ko okoljske razmere postanejo neugodne, rastline tega ne zmorejo. Ker so rastline sesilne (ne morejo se premikati), morajo najti druge načine za obvladovanje neugodnih okoljskih razmer. Rastlinski tropizmi so mehanizmi, s katerimi se rastline prilagajajo spremembam v okolju. Tropizem je rast proti dražljaju ali stran od njega. Pogosti dražljaji, ki vplivajo na rast rastlin, so svetloba, gravitacija, voda in dotik. Rastlinski tropizmi se razlikujejo od drugih dražljajev generiranih gibov, kot npr nastični gibi , tako da je smer odziva odvisna od smeri dražljaja. Nastični gibi, kot je premikanje listov v mesojede rastline , se sprožijo z dražljajem, vendar smer dražljaja ni dejavnik odziva.
Rastlinski tropizmi so posledica diferencialna rast . Do te vrste rasti pride, ko celice na enem delu rastlinskega organa, kot je steblo ali korenina, rastejo hitreje kot celice na nasprotnem delu. Diferencialna rast celic usmerja rast organa (debla, korenine itd.) in določa smer rasti celotne rastline. Rastlinski hormoni, npr avksini , naj bi pomagali uravnavati diferencialno rast rastlinskega organa, zaradi česar se rastlina ukrivi ali upogne kot odziv na dražljaj. Rast v smeri dražljaja je znana kot pozitivni tropizem , medtem ko je rast stran od dražljaja znana kot a negativni tropizem . Pogosti tropski odzivi rastlin vključujejo fototropizem , gravitropizem, tigmotropizem, hidrotropizem, termotropizem in kemotropizem.
fototropizem
Rastlinski hormoni usmerjajo razvoj rastlinskega telesa kot odgovor na dražljaj, kot je svetloba. ttsz/iStock/Getty Images Plus
fototropizem je usmerjena rast organizma kot odziv na svetlobo. Rast proti svetlobi ali pozitivni tropizem se kaže pri številnih žilnih rastlinah, kot npr kritosemenke , golosemenke in praproti. Stebla teh rastlin kažejo pozitiven fototropizem in rastejo v smeri vira svetlobe. fotoreceptorji v rastlinske celice zaznajo svetlobo, rastlinski hormoni, kot so avksini, pa se usmerijo na tisto stran stebla, ki je najbolj oddaljena od svetlobe. Kopičenje avksinov na zasenčeni strani stebla povzroči, da se celice na tem območju podaljšajo hitreje kot tiste na nasprotni strani stebla. Posledično se steblo ukrivi v smeri stran od strani akumuliranih avksinov in proti smeri svetlobe. Rastlinska stebla in listi dokazati pozitivni fototropizem , medtem ko se korenine (na katere večinoma vpliva gravitacija) ponavadi pokažejo negativni fototropizem . Od fotosinteza prevodni organeli, znani kot kloroplasti , so najbolj koncentrirane v listih, zato je pomembno, da imajo te strukture dostop do sončne svetlobe. Nasprotno pa korenine delujejo tako, da absorbirajo vodo in mineralna hranila, za katera je večja verjetnost, da se pridobijo pod zemljo. Odziv rastline na svetlobo pomaga zagotoviti vire, ki ohranjajo življenje.
Heliotropizem je vrsta fototropizma, pri kateri nekatere rastlinske strukture, običajno stebla in cvetovi, sledijo poti sonca od vzhoda proti zahodu, ko se premika po nebu. Nekatere helotropne rastline lahko tudi ponoči obrnejo svoje cvetove nazaj proti vzhodu, da zagotovijo, da so obrnjene v smeri sonca, ko vzhaja. To sposobnost sledenja gibanju sonca opazimo pri mladih rastlinah sončnic. Ko postanejo zrele, te rastline izgubijo svojo heliotropno sposobnost in ostanejo v položaju, obrnjenem proti vzhodu. Heliotropizem pospešuje rast rastlin in zvišuje temperaturo cvetov, obrnjenih proti vzhodu. Zaradi tega so heliotropne rastline bolj privlačne za opraševalce.
tigmotropizem
Vitice so spremenjeni listi, ki se ovijajo okoli predmetov in dajejo oporo rastlini. So primeri tigmotropizma. Ed Reschke/Stockbyte/Getty Images
tigmotropizem opisuje rast rastlin kot odziv na dotik ali stik s trdnim predmetom. Pozitiven tigmostropizem izkazujejo vzpenjavke ali trte, ki imajo specializirane strukture, imenovane vitice . Vitica je nitasti prirastek, ki se uporablja za dvojčenje okoli trdnih struktur. Spremenjen rastlinski list, steblo ali pecelj je lahko vitica. Ko vitica raste, se vrti. Konica se upogne v različne smeri in tvori spirale in nepravilne kroge. Gibanje rastoče vitice je skoraj videti, kot da rastlina išče stik. Ko pride vitica v stik s predmetom, se stimulirajo senzorične epidermalne celice na površini vitice. Te celice sporočajo, da se vitica zvija okoli predmeta.
Zvijanje vitice je posledica diferencialne rasti, saj se celice, ki niso v stiku z dražljajem, podaljšajo hitreje kot celice, ki pridejo v stik z dražljajem. Tako kot pri fototropizmu so avksini vključeni v diferencialno rast vitic. Večja koncentracija hormona se kopiči na strani vitice, ki ni v stiku s predmetom. Zvitje vitice pritrdi rastlino na predmet, ki rastlini daje oporo. Dejavnost plezalk zagotavlja boljšo osvetlitev za fotosintezo in tudi poveča vidnost njihovih cvetov opraševalci .
Medtem ko vitice kažejo pozitiven tigmotropizem, se lahko pokažejo korenine negativni tigmotropizem včasih. Ko korenine segajo v tla, pogosto rastejo v smeri stran od predmeta. Na rast korenin vpliva predvsem gravitacija in korenine ponavadi rastejo pod zemljo in proč od površine. Ko korenine pridejo v stik s predmetom, pogosto spremenijo svojo smer navzdol kot odgovor na kontaktni dražljaj. Izogibanje predmetom omogoča koreninam, da neovirano rastejo skozi zemljo, in povečuje njihove možnosti za pridobivanje hranil.
Gravitropizem
Ta slika prikazuje glavne faze kalitve rastlinskega semena. Na tretji sliki korenina raste navzdol kot odziv na gravitacijo, medtem ko na četrti sliki zarodek raste proti gravitaciji. Power in Syred/Science Photo Library/Getty Images
Gravitropizem oz geotropizem je rast kot odziv na gravitacijo. Gravitropizem je zelo pomemben pri rastlinah, saj usmerja rast korenin proti sili gravitacije (pozitivni gravitropizem) in rast stebla v nasprotni smeri (negativni gravitropizem). Usmerjenost koreninskega sistema rastline in poganjkov glede na gravitacijo lahko opazujemo v fazah kalitve sadike. Ko se zarodna korenina pojavi iz semena, raste navzdol v smeri gravitacije. Če bi bilo seme obrnjeno tako, da je korenina usmerjena navzgor stran od tal, se bo korenina ukrivila in preusmerila nazaj v smeri gravitacijske sile. Nasprotno pa se razvijajoči poganjek usmeri proti gravitaciji za rast navzgor.
Koreninska kapica je tista, ki usmerja konico korenine proti sili gravitacije. Specializirane celice v koreninski kapici imenovane statocitov naj bi bili odgovorni za zaznavanje gravitacije. Statocite najdemo tudi v rastlinskih steblih in vsebujejo organele klical amiloplastov . amiloplasti delujejo kot skladišča škroba. Gosta škrobna zrna povzročijo usedanje amiloplastov v rastlinskih koreninah kot odgovor na gravitacijo. Sedimentacija amiloplasta spodbudi koreninsko kapico, da pošilja signale v območje korenine, imenovano raztezno območje . Celice v območju raztezka so odgovorne za rast korenin. Dejavnost na tem področju vodi do diferencialne rasti in ukrivljenosti korenine, ki usmerja rast navzdol proti gravitaciji. Če bi korenino premaknili tako, da bi spremenili orientacijo statocitov, se bodo amiloplasti ponovno naselili na najnižjo točko celic. Spremembe v položaju amiloplastov zaznavajo statociti, ki nato signalizirajo območje raztezka korenine, da prilagodijo smer ukrivljenosti.
Avksini igrajo tudi vlogo pri usmerjeni rasti rastlin kot odziv na gravitacijo. Kopičenje avksinov v koreninah upočasni rast. Če rastlino postavimo vodoravno na stran brez izpostavljenosti svetlobi, se bodo avksini kopičili na spodnji strani korenin, kar bo povzročilo počasnejšo rast na tej strani in ukrivljenost korenine navzdol. V teh enakih pogojih bo steblo rastline razstavljeno negativni gravitropizem . Gravitacija bo povzročila kopičenje avksinov na spodnji strani stebla, kar bo povzročilo, da se bodo celice na tej strani hitreje podaljšale kot celice na nasprotni strani. Posledično se bo poganjek upognil navzgor.
hidrotropizem
Ta slika prikazuje korenine mangrov blizu vode v nacionalnem parku Iriomote na otokih Yaeyama, Okinawa, Japonska. Ippei Naoi/Moment/Getty Images
hidrotropizem je usmerjena rast kot odziv na koncentracije vode. Ta tropizem je v rastlinah pomemben za zaščito pred sušnimi razmerami s pozitivnim hidrotropizmom in proti prenasičenosti z vodo z negativnim hidrotropizmom. To je še posebej pomembno za sušne rastline biomi da se lahko odzove na koncentracije vode. Gradiente vlage zaznavamo v koreninah rastlin. The celice na strani korenine, ki je najbližje viru vode, rastejo počasneje kot tiste na nasprotni strani. Rastlinski hormon abscizinska kislina (ABA) igra pomembno vlogo pri induciranju diferencialne rasti v območju raztezanja korenin. Ta različna rast povzroči, da korenine rastejo v smeri vode.
Preden lahko rastlinske korenine pokažejo hidrotropizem, morajo premagati svoje gravitrofne težnje. To pomeni, da morajo korenine postati manj občutljive na gravitacijo. Študije o interakciji med gravitropizmom in hidrotropizmom pri rastlinah kažejo, da lahko izpostavljenost vodnemu gradientu ali pomanjkanju vode povzroči, da korenine pokažejo hidrotropizem namesto gravitropizma. Pod temi pogoji se število amiloplastov v koreninskih statocitih zmanjša. Manj amiloplastov pomeni, da sedimentacija amiloplastov ne vpliva toliko na korenine. Zmanjšanje amiloplasta v koreninskih pokrovčkih pomaga koreninam, da premagajo gravitacijo in se premaknejo kot odgovor na vlago. Korenine v dobro hidrirani zemlji imajo več amiloplastov v svojih koreninskih pokrovčkih in se veliko bolj odzivajo na gravitacijo kot na vodo.
Več rastlinskih tropizmov
Vidnih je osem pelodnih zrn, zbranih okoli prstaste izbokline, ki je del stigme cvetov opija. Vidnih je več pelodnih cevk. Dr. Jeremy Burgess/Science Photo Library/Getty Images
Dve drugi vrsti rastlinskih tropizmov vključujeta termotropizem in kemotropizem. Termotropizem je rast ali gibanje kot odziv na vročino ali temperaturne spremembe, medtem ko kemotropizem je rast kot odziv na kemikalije. Korenine rastlin lahko kažejo pozitiven termotropizem v enem temperaturnem območju in negativen termotropizem v drugem temperaturnem območju.
Rastlinske korenine so tudi zelo kemotropni organi, saj se lahko pozitivno ali negativno odzovejo na prisotnost določenih kemikalij v tleh. Kemotropizem korenin pomaga rastlini pri dostopu do tal, bogatih s hranili, za pospešitev rasti in razvoja. Opraševanje pri cvetočih rastlinah je še en primer pozitivnega kemotropizma. Ko a cvetni prah zrno pristane na ženski reproduktivni strukturi, imenovani stigma, zrno cvetnega prahu vzklije in tvori pelodno cev. Rast cvetnega prahu je usmerjena proti jajčniku s sproščanjem kemičnih signalov iz jajčnika.
Viri
- Atamian, Hagop S., et al. Cirkadijska regulacija heliotropizma sončnic, floralne orientacije in obiskov opraševalcev. Znanost , Ameriško združenje za napredek znanosti, 5. avgust 2016, science.sciencemag.org/content/353/6299/587.full.
- Chen, Rujin, et al. 'Gravitropizem pri višjih rastlinah.' Fiziologija rastlin , vol. 120 (2), 1999, str. 343-350., doi:10.1104/str.120.2.343.
- Dietrich, Daniela idr. 'Hidrotropizem korenin je nadzorovan prek mehanizma rasti, specifičnega za korteks.' Naravne rastline , vol. 3 (2017): 17057. Nature.com. Splet. 27. februar 2018.
- Esmon, C. Alex, et al. Rastlinski tropizmi: zagotavljanje moči gibanja sesilnemu organizmu. Mednarodni časopis za razvojno biologijo , vol. 49, 2005, str. 665–674., doi:10.1387/ijdb.052028ce.
- Stowe-Evans, Emily L., et al. 'NPH4, pogojni modulator od avksina odvisnih diferencialnih odzivov rasti pri Arabidopsisu.' Fiziologija rastlin , vol. 118 (4), 1998, str. 1265-1275., doi:10.1104/str.118.4.1265.
- Takahashi, Nobuyuki idr. 'Hidrotropizem sodeluje z gravitropizmom z razgradnjo amiloplastov v koreninah sadike Arabidopsis in redkvice.' Fiziologija rastlin , vol. 132 (2), 2003, str. 805-810., doi:10.1104/str.018853.