Pochopenie tropizmu rastlín
Fototropizmus je ohybový rastový pohyb častí rastlín v reakcii na svetelný stimul. Cathlyn Melloan/Stone/Getty Images
Rastliny , rovnako ako zvieratá a iné organizmy, sa musia prispôsobiť svojmu neustále sa meniacemu prostrediu. Zatiaľ čo zvierat sú schopné premiestniť sa z jedného miesta na druhé, keď sa podmienky prostredia stanú nepriaznivými, rastliny nie sú schopné urobiť to isté. Keďže rastliny nie sú schopné pohybu, musia si nájsť iné spôsoby, ako zvládnuť nepriaznivé podmienky prostredia. Tropizmy rastlín sú mechanizmy, ktorými sa rastliny prispôsobujú zmenám prostredia. Tropizmus je rast smerom k stimulu alebo od neho. Medzi bežné stimuly, ktoré ovplyvňujú rast rastlín, patrí svetlo, gravitácia, voda a dotyk. Tropizmy rastlín sa líšia od iných pohybov generovaných stimulmi, ako napr nastické pohyby v tom, že smer odozvy závisí od smeru podnetu. Nastické pohyby, ako je pohyb listov v mäsožravé rastliny , sú iniciované stimulom, ale smer stimulu nie je faktorom odpovede.
Rastlinné tropizmy sú výsledkom rozdielny rast . Tento typ rastu nastáva, keď bunky v jednej oblasti rastlinného orgánu, ako je stonka alebo koreň, rastú rýchlejšie ako bunky v opačnej oblasti. Rozdielny rast buniek riadi rast orgánu (stonky, koreňa atď.) a určuje smerový rast celej rastliny. Rastlinné hormóny, napr auxíny Predpokladá sa, že pomáhajú regulovať rozdielny rast rastlinného orgánu, čo spôsobuje, že rastlina sa v reakcii na stimul zakriví alebo ohne. Rast v smere stimulu je známy ako pozitívny tropizmus , zatiaľ čo rast mimo stimulu je známy ako a negatívny tropizmus . Bežné tropické reakcie v rastlinách zahŕňajú fototropizmus gravitropizmus, tigmotropizmus, hydrotropizmus, termotropizmus a chemotropizmus.
Fototropizmus
Rastlinné hormóny riadia vývoj rastlinného tela v reakcii na stimul, ako je svetlo. ttsz/iStock/Getty Images Plus
Fototropizmus je smerový rast organizmu v reakcii na svetlo. Rast smerom k svetlu, alebo pozitívny tropizmus je preukázaný u mnohých cievnatých rastlín, ako napr krytosemenné rastliny , nahosemenné rastliny a paprade. Stonky v týchto rastlinách vykazujú pozitívny fototropizmus a rastú v smere svetelného zdroja. Fotoreceptory v rastlinné bunky detekovať svetlo a rastlinné hormóny, ako sú auxíny, sú nasmerované na tú stranu stonky, ktorá je od svetla najďalej. Akumulácia auxínov na zatienenej strane stonky spôsobuje, že bunky v tejto oblasti sa predlžujú väčšou rýchlosťou ako bunky na opačnej strane stonky. V dôsledku toho sa stonka zakrivuje v smere od strany nahromadených auxínov a v smere svetla. Stonky rastlín a listy demonštrovať pozitívny fototropizmus , zatiaľ čo korene (väčšinou ovplyvnené gravitáciou) majú tendenciu demonštrovať negatívny fototropizmus . Od r fotosyntéza vodivé organely, známe ako chloroplasty , sú najviac koncentrované v listoch, je dôležité, aby tieto štruktúry mali prístup k slnečnému žiareniu. Naopak, korene fungujú tak, že absorbujú vodu a minerálne živiny, ktoré sa s väčšou pravdepodobnosťou získajú pod zemou. Reakcia rastliny na svetlo pomáha zabezpečiť získanie zdrojov na zachovanie života.
Heliotropizmus je typ fototropizmu, pri ktorom určité rastlinné štruktúry, zvyčajne stonky a kvety, sledujú dráhu slnka z východu na západ, keď sa pohybuje po oblohe. Niektoré helotropné rastliny sú tiež schopné počas noci otočiť svoje kvety späť na východ, aby zabezpečili, že sú otočené smerom k slnku, keď vychádza. Táto schopnosť sledovať pohyb slnka sa pozoruje u mladých rastlín slnečnice. Keď tieto rastliny dospejú, strácajú svoju heliotropickú schopnosť a zostávajú v polohe orientovanej na východ. Heliotropizmus podporuje rast rastlín a zvyšuje teplotu kvetov orientovaných na východ. To robí heliotropné rastliny atraktívnejšie pre opeľovače.
Thigmotropizmus
Úponky sú upravené listy, ktoré sa ovíjajú okolo predmetov a poskytujú rastline podporu. Sú to príklady thigmotropizmu. Ed Reschke/Stockbyte/Getty Images
Thigmotropizmus opisuje rast rastlín v reakcii na dotyk alebo kontakt s pevným predmetom. Pozitívny thigmotropizmus preukazujú popínavé rastliny alebo vinič, ktoré majú špecializované štruktúry tzv úponky . Úponka je niťovitý prívesok používaný na zdvojenie okolo pevných štruktúr. Modifikovaný rastlinný list, stonka alebo stopka môže byť úponka. Keď úponka rastie, robí to otáčavým vzorom. Špička sa ohýba v rôznych smeroch a vytvára špirály a nepravidelné kruhy. Pohyb rastúceho úponku takmer vyzerá, akoby rastlina hľadala kontakt. Keď sa úponka dostane do kontaktu s predmetom, stimulujú sa senzorické epidermálne bunky na povrchu úponky. Tieto bunky signalizujú úponku, aby sa obtočila okolo predmetu.
Navíjanie úponkov je výsledkom rozdielneho rastu, pretože bunky, ktoré nie sú v kontakte so stimulom, sa predlžujú rýchlejšie ako bunky, ktoré sú v kontakte so stimulom. Podobne ako pri fototropizme sa auxíny podieľajú na diferenciálnom raste úponkov. Väčšia koncentrácia hormónu sa hromadí na strane úponky, ktorá nie je v kontakte s predmetom. Spletenie úponky pripevňuje rastlinu k objektu a poskytuje rastline oporu. Aktivita popínavých rastlín poskytuje lepšiu svetelnú expozíciu pre fotosyntézu a tiež zvyšuje viditeľnosť ich kvetov opeľovačov .
Zatiaľ čo úponky vykazujú pozitívny thigmotropizmus, korene sa môžu prejavovať negatívny tigmotropizmus občas. Keď korene siahajú do zeme, často rastú v smere od objektu. Rast koreňov je primárne ovplyvnený gravitáciou a korene majú tendenciu rásť pod zemou a preč od povrchu. Keď sa korene dostanú do kontaktu s objektom, často zmenia svoj smer nadol v reakcii na kontaktný stimul. Vyhýbanie sa predmetom umožňuje koreňom nerušene rásť pôdou a zvyšuje ich šance na získanie živín.
Gravitropizmus
Tento obrázok ukazuje hlavné fázy klíčenia rastlinného semena. Na treťom obrázku koreň rastie smerom nadol v reakcii na gravitáciu, zatiaľ čo na štvrtom obrázku embryonálny výhonok (plumule) rastie proti gravitácii. Power and Syred/Science Photo Library/Getty Images
Gravitropizmus alebo geotropizmus je rast ako reakcia na gravitáciu. Gravitropizmus je u rastlín veľmi dôležitý, pretože nasmeruje rast koreňov na gravitačné pôsobenie (pozitívny gravitropizmus) a rast stonky v opačnom smere (negatívny gravitropizmus). Orientáciu koreňového a výhonkového systému rastliny voči gravitácii možno pozorovať v štádiách klíčenia semenáčika. Keď embryonálny koreň vychádza zo semena, rastie smerom nadol v smere gravitácie. Ak by sa semeno otočilo tak, že koreň smeruje nahor od pôdy, koreň sa zakriví a preorientuje sa späť v smere gravitačnej sily. Naopak, vyvíjajúci sa výhonok sa orientuje proti gravitácii pre rast nahor.
Koreňová čiapočka je to, čo orientuje špičku koreňa smerom k príťažlivosti. Špecializované bunky v koreňovom uzávere tzv statocyty Predpokladá sa, že sú zodpovedné za snímanie gravitácie. Statocyty sa nachádzajú aj v stonkách rastlín a obsahujú organely volal amyloplasty . Amyloplasty fungujú ako sklady škrobu. Husté škrobové zrná spôsobujú sedimentáciu amyloplastov v koreňoch rastlín v reakcii na gravitáciu. Sedimentácia amyloplastu indukuje koreňový uzáver, aby vysielal signály do oblasti koreňa nazývanej predlžovacia zóna . Bunky v zóne predĺženia sú zodpovedné za rast koreňov. Aktivita v tejto oblasti vedie k rozdielnemu rastu a zakriveniu koreňov, ktoré smerujú rast smerom nadol smerom k gravitácii. Ak by sa koreň pohol takým spôsobom, že by sa zmenila orientácia statocytov, amyloplasty sa usadí do najnižšieho bodu buniek. Zmeny polohy amyloplastov sú snímané statocytmi, ktoré potom signalizujú elongačnú zónu koreňa, aby upravili smer zakrivenia.
Auxíny tiež zohrávajú úlohu pri smerovom raste rastlín v reakcii na gravitáciu. Hromadenie auxínov v koreňoch spomaľuje rast. Ak je rastlina umiestnená vodorovne na boku bez vystavenia svetlu, auxíny sa hromadia na spodnej strane koreňov, čo vedie k pomalšiemu rastu na tejto strane a zakriveniu koreňa smerom nadol. Za rovnakých podmienok bude stonka rastliny vystavovať negatívny gravitropizmus . Gravitácia spôsobí akumuláciu auxínov na spodnej strane stonky, čo spôsobí predĺženie buniek na tejto strane rýchlejšie ako bunky na opačnej strane. V dôsledku toho sa výhonok ohne nahor.
Hydrotropizmus
Tento obrázok ukazuje korene mangrovníkov pri vode v národnom parku Iriomote na ostrovoch Yaeyama, Okinawa, Japonsko. Ippei Naoi/Moment/Getty Images
Hydrotropizmus je smerový rast v reakcii na koncentrácie vody. Tento tropizmus je dôležitý v rastlinách na ochranu proti suchu prostredníctvom pozitívneho hydrotropizmu a proti presýteniu vodou prostredníctvom negatívneho hydrotropizmu. Je to dôležité najmä pre rastliny v suchu biomy aby bolo možné reagovať na koncentrácie vody. Gradienty vlhkosti sú snímané v koreňoch rastlín. The bunky na strane koreňa najbližšie k zdroju vody rastú pomalšie ako tie na opačnej strane. Rastlinný hormón kyselina abscisová (ABA) hrá dôležitú úlohu pri indukcii rozdielneho rastu v zóne predlžovania koreňov. Tento rozdielny rast spôsobuje, že korene rastú smerom k vode.
Predtým, ako môžu korene rastlín prejaviť hydrotropizmus, musia prekonať svoje gravitrofické tendencie. To znamená, že korene musia byť menej citlivé na gravitáciu. Štúdie o interakcii medzi gravitropizmom a hydrotropizmom u rastlín naznačujú, že vystavenie vodnému gradientu alebo nedostatku vody môže spôsobiť, že korene prejavia hydrotropizmus oproti gravitropizmu. Za týchto podmienok sa počet amyloplastov v koreňových statocytoch znižuje. Menej amyloplastov znamená, že korene nie sú natoľko ovplyvnené sedimentáciou amyloplastov. Redukcia amyloplastov v koreňových čiapkach pomáha koreňom prekonať príťažlivosť a pohybovať sa v reakcii na vlhkosť. Korene v dobre hydratovanej pôde majú vo svojich koreňových uzáveroch viac amyloplastov a majú oveľa väčšiu odozvu na gravitáciu ako na vodu.
Viac rastlinných tropizmov
Vidno osem peľových zŕn, zoskupených okolo prstovitého výbežku, časť stigmy ópiových kvetov. Vidno niekoľko peľových trubíc. Dr. Jeremy Burgess/Science Photo Library/Getty Images
Dva ďalšie typy rastlinných tropizmov zahŕňajú termotropizmus a chemotropizmus. Termotropizmus je rast alebo pohyb v reakcii na teplo alebo zmeny teploty, pričom chemotropizmus je rast v reakcii na chemikálie. Korene rastlín môžu vykazovať pozitívny termotropizmus v jednom teplotnom rozsahu a negatívny termotropizmus v inom teplotnom rozsahu.
Korene rastlín sú tiež vysoko chemotropné orgány, pretože môžu reagovať buď pozitívne, alebo negatívne na prítomnosť určitých chemikálií v pôde. Chemotropizmus koreňov pomáha rastline získať prístup k pôde bohatej na živiny, aby sa podporil rast a vývoj. Opeľovanie v kvitnúcich rastlinách je ďalším príkladom pozitívneho chemotropizmu. Keď peľ zrno pristane na ženskej reprodukčnej štruktúre nazývanej stigma, peľové zrno vyklíči a vytvorí peľovú trubicu. Rast peľovej trubice je nasmerovaný smerom k vaječníku uvoľňovaním chemických signálov z vaječníka.
Zdroje
- Atamian, Hagop S. a kol. Cirkadiánna regulácia heliotropizmu slnečnice, orientácie kvetov a návštev opeľovačov. Veda , American Association for the Advancement of Science, 5. august 2016, science.sciencemag.org/content/353/6299/587.full.
- Chen, Rujin a kol. 'Gravitropizmus vo vyšších rastlinách.' Fyziológia rastlín , zv. 120 (2), 1999, str. 343-350, doi:10.1104/str.120.2.343.
- Dietrich, Daniela a kol. 'Hydrotropizmus koreňov je riadený mechanizmom rastu špecifického pre kôru.' Príroda Rastliny , zv. 3 (2017): 17057. Nature.com. Web. 27. februára 2018.
- Esmon, C. Alex a kol. Tropizmy rastlín: poskytujú sedavému organizmu silu pohybu. International Journal of Developmental Biology , zv. 49, 2005, s. 665–674., doi:10.1387/ijdb.052028ce.
- Stowe-Evans, Emily L. a kol. 'NPH4, podmienený modulátor auxínovo závislých diferenciálnych rastových odpovedí u Arabidopsis.' Fyziológia rastlín , zv. 118 (4), 1998, str. 1265-1275, doi: 10.1104/str. 118.4.1265.
- Takahashi, Nobuyuki a kol. 'Hydrotropizmus interaguje s gravitropizmom degradáciou amyloplastov v koreňoch sadeníc Arabidopsis a reďkovky.' Fyziológia rastlín , zv. 132 (2), 2003, str. 805-810., doi:10.1104/pp.018853.