Czym jest geotropizm lub grawitropizm?

The geotropizm to wpływ grawitacji na ruch roślin. Geotropizm pochodzi od słów „geo”, które oznaczają ziemię i „tropizm”, co oznacza ruch wywołany przez bodziec (Öpik i Rolfe, 2005).

W tym przypadku bodziec jest grawitacją, a tym, co się porusza, jest roślina. Ponieważ bodziec jest grawitacją, proces ten znany jest również jako grawitropizm (Chen, Rosen i Masson, 1999, Hangarter, 1997).

Od wielu lat zjawisko to wzbudza ciekawość naukowców, którzy badali, jak ten ruch występuje w roślinach.

Wiele badań wykazało, że różne obszary rośliny rosną w przeciwnych kierunkach (Chen i in., 1999; Morita, 2010; Toyota i Gilroy, 2013)..

Zaobserwowano, że siła grawitacji odgrywa zasadniczą rolę w orientacji części rośliny: górna część, utworzona przez łodygę i liście, rośnie w górę (ujemny grawitropizm), podczas gdy dolna strefa utworzona przez korzenie, rosną w dół w kierunku grawitacji (pozytywny grawitropizm) (Hangarter, 1997).

Te ruchy zależne od grawitacji zapewniają prawidłowe działanie roślin.

Górna część jest zorientowana na światło słoneczne, aby przeprowadzić fotosyntezę, a dolna część jest zorientowana w kierunku dna ziemi, tak aby korzenie mogły dotrzeć do wody i składników odżywczych niezbędnych do jej rozwoju (Chen i in., 1999 ).

Jak występuje geotropizm??

Rośliny są niezwykle wrażliwe na środowisko, mogą wpływać na ich wzrost w zależności od sygnałów, które postrzegają, na przykład: światło, grawitacja, dotyk, składniki odżywcze i woda (Wolverton, Paya i Toska, 2011).

Geotropizm jest zjawiskiem występującym w trzech fazach:

1. Wykrywanie: postrzeganie grawitacji jest wykonywane przez wyspecjalizowane komórki zwane statocystami.

2. Transdukcja i transmisja: fizyczny bodziec grawitacji jest przekształcany w sygnał biochemiczny, który jest przesyłany do innych komórek rośliny.

3. Odpowiedz: komórki biorcy rosną w taki sposób, że powstaje krzywizna, która zmienia orientację narządu. Zatem korzenie rosną w dół, a łodygi w górę, niezależnie od orientacji rośliny (Masson i in., 2002, Toyota i Gilroy, 2013).

Rysunek 1. Przykład geotropizmu w roślinie. Zwróć uwagę na różnicę w orientacji korzeni i łodygi. Pod redakcją: Katherine Briceño.

Geotropizm w korzeniach

Zjawisko przechylenia korzenia w kierunku grawitacji zostało zbadane po raz pierwszy wiele lat temu. W słynnej książce „Siła ruchu w roślinach„Charles Darwin doniósł, że korzenie roślin mają tendencję do wzrostu w kierunku grawitacji (Ge i Chen, 2016).

Grawitacja jest wykrywana na czubku korzenia i ta informacja jest przekazywana do strefy wydłużenia, aby utrzymać kierunek wzrostu.

Jeśli występują zmiany orientacji względem pola grawitacyjnego, komórki reagują zmieniając ich rozmiar, tak że wierzchołek korzenia nadal rośnie w tym samym kierunku grawitacji, prezentując pozytywny geotropizm (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg i Swarup , 2017; Wolverton i in., 2011).

Darwin i Ciesielski wykazali, że na końcu korzeni istniała struktura niezbędna do geotropizmu, struktura ta była nazywana „czapką”.

Postulowali, że czapka jest odpowiedzialna za wykrywanie zmian w orientacji korzeni, w odniesieniu do siły grawitacji (Chen i in., 1999).

Późniejsze badania wykazały, że w czapce znajdują się specjalne komórki, które osadzają się w kierunku grawitacji, komórki te nazywane są statocystami.

Statocysty zawierają struktury podobne do kamieni, nazywane są amyloplastami, ponieważ są pełne skrobi. Gęsto upakowane amyloplasty osiadają dokładnie na wierzchołku korzeni (Chen i in., 1999, Sato i in., 2017, Wolverton i in., 2011).

Z najnowszych badań biologii komórkowej i molekularnej udoskonalono zrozumienie mechanizmu, który rządzi geotropią korzeni.

Wykazano, że proces ten wymaga transportu hormonu wzrostu zwanego auksyną, wspomniany transport jest znany jako transport auksyny polarnej (Chen i in., 1999, Sato i in., 2017).

Zostało to opisane w latach dwudziestych w modelu Cholodny-Went, który proponuje, że krzywizny wzrostu wynikają z nierównego rozkładu auksyn (Öpik i Rolfe, 2005).

Geotropizm w łodygach

Podobny mechanizm występuje w łodygach roślin, z tą różnicą, że ich komórki różnie reagują na auksynę.

W pędach łodyg wzrost lokalnego stężenia auksyny sprzyja ekspansji komórek; odwrotnie dzieje się z komórkami korzenia (Morita, 2010; Taiz i Zeiger, 2002).

Różnicowa wrażliwość na auksynę pomaga wyjaśnić oryginalną obserwację Darwina, że ​​łodygi i korzenie reagują odwrotnie na grawitację. Zarówno w korzeniach, jak i łodygach, auksyna gromadzi się w kierunku grawitacji na spodzie.

Różnica polega na tym, że komórki macierzyste odpowiadają przeciwnie do komórek korzeniowych (Chen i in., 1999, Masson i in., 2002).

W korzeniach ekspansja komórek jest hamowana na dolnej stronie, a krzywizna w kierunku grawitacji jest generowana (pozytywny grawitropizm).

W łodygach auksyna gromadzi się również na dolnej stronie, jednak ekspansja komórek zwiększa się i powoduje krzywiznę trzonu w kierunku przeciwnym do grawitacji (ujemny grawitropizm) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Zeiger, 2002).

Referencje

1. Chen, R., Rosen, E. i Masson, P. H. (1999). Grawitropizm w wyższych roślinach. Plant Physiology, 120, 343-350.
2. Ge, L. i Chen, R. (2016). Negatywny grawitropizm w korzeniach roślin. Nature Plants, 155, 17-20.
3. Hangarter, R. P. (1997). Grawitacja, światło i forma roślinna. Plant, Cell and Environment, 20, 796-800.
4. Masson, P. H., Tasaka, M., Morita, M.T., Guan, C., Chen, R., Masson, P.H., ... Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: model do badania grawitropizmu korzeniowego i strzelniczego (s. 1-24).
5. Morita, M. T. (2010). Directional Gravity Sensing w Gravitropism. Annual Review of Plant Biology, 61, 705-720.
6. Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Fizjologia roślin kwiatowych. (C. U. Press, wyd.) (Wyd. 4).
7. Sato, E.M., Hijazi, H., Bennett, M.J., Vissenberg, K. i Swarup, R. (2017). Nowe spostrzeżenia na temat sygnalizacji grawitropowej korzenia. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155-2165.
8. Taiz, L. i Zeiger, E. (2002). Plant Physiology (wyd. 3). Sinauer Associates.
9. Toyota, M. i Gilroy, S. (2013). Grawitropizm i mechaniczna sygnalizacja w roślinach. American Journal of Botany, 100 (1), 111-125.
10. Wolverton, C., Paya, A.M. i Toska, J. (2011). Kąt nasady korzenia i szybkość odpowiedzi grawitropowej są rozprzęgnięte w mutancie pgm-1 Arabidopsis. Physiology Plantarum, 141, 373-382.