Augalų tropizmų supratimas
Fototropizmas yra lenkiamas augalų dalių augimo judėjimas, reaguojant į šviesos dirgiklį. Cathlyn Melloan / Stone / Getty Images
Augalai , kaip ir gyvūnai bei kiti organizmai, turi prisitaikyti prie nuolat kintančios aplinkos. Nors gyvūnai gali persikelti iš vienos vietos į kitą, kai aplinkos sąlygos tampa nepalankios, augalai nepajėgia to padaryti. Būdami sėslūs (negalintys judėti), augalai turi rasti kitų būdų, kaip susidoroti su nepalankiomis aplinkos sąlygomis. Augalų tropizmai Tai mechanizmai, kuriais augalai prisitaiko prie aplinkos pokyčių. Tropizmas yra augimas link dirgiklio arba nuo jo. Įprasti dirgikliai, turintys įtakos augalų augimui, yra šviesa, gravitacija, vanduo ir prisilietimas. Augalų tropizmas skiriasi nuo kitų stimulų generuojamų judesių, pvz nastiški judesiai , kad atsako kryptis priklauso nuo dirgiklio krypties. Nastiški judesiai, pvz., lapų judėjimas mėsėdžiai augalai , yra inicijuojami dirgiklio, bet dirgiklio kryptis nėra atsako veiksnys.
Augalų tropizmas yra rezultatas diferencijuotas augimas . Šio tipo augimas atsiranda, kai ląstelės vienoje augalo organo srityje, pavyzdžiui, stiebo ar šaknies, auga greičiau nei ląstelės priešingoje srityje. Skirtingas ląstelių augimas nukreipia organo (stiebo, šaknies ir kt.) augimą ir lemia kryptingą viso augalo augimą. Augalų hormonai, pvz auksinų Manoma, kad jie padeda reguliuoti skirtingą augalo organo augimą, todėl, reaguodamas į dirgiklį, augalas išlinksta arba sulinksta. Augimas stimulo kryptimi yra žinomas kaip teigiamas tropizmas , o augimas nuo stimulo vadinamas a neigiamas tropizmas . Įprasti tropiniai atsakai augaluose apima fototropizmas , gravitropizmas, tigmotropizmas, hidrotropizmas, termotropizmas ir chemotropizmas.
Fototropizmas
Augalų hormonai nukreipia augalo kūno vystymąsi reaguodami į dirgiklį, pavyzdžiui, šviesą. ttsz/iStock/Getty Images Plus
Fototropizmas yra kryptingas organizmo augimas, reaguojant į šviesą. Augimas link šviesos arba teigiamas tropizmas yra demonstruojamas daugelyje kraujagyslių augalų, tokių kaip gaubtasėkliai , gimnasėkliai ir paparčiai. Šių augalų stiebai turi teigiamą fototropizmą ir auga šviesos šaltinio kryptimi. Fotoreceptoriai in augalų ląstelės aptinka šviesą, o augalų hormonai, tokie kaip auksinai, nukreipiami į toliausiai nuo šviesos esančią stiebo pusę. Dėl auksinų kaupimosi šešėlinėje stiebo pusėje šios srities ląstelės pailgėja greičiau nei esančios priešingoje stiebo pusėje. Dėl to stiebas lenkiasi kryptimi nuo susikaupusių auksinų pusės ir link šviesos. Augalų stiebai ir lapai demonstruoti teigiamas fototropizmas , o šaknys (daugiausia veikiamos gravitacijos) yra linkusios parodyti neigiamas fototropizmas . Nuo fotosintezė laidžios organelės, žinomos kaip chloroplastai , labiausiai susitelkę lapuose, svarbu, kad šios struktūros turėtų prieigą prie saulės šviesos. Ir atvirkščiai, šaknys sugeria vandenį ir mineralines maistines medžiagas, kurios labiau tikėtina, kad jos bus gaunamos po žeme. Augalo reakcija į šviesą padeda užtikrinti, kad būtų gauti gyvybę tausojantys ištekliai.
Heliotropizmas yra fototropizmo tipas, kai tam tikros augalų struktūros, paprastai stiebai ir žiedai, seka saulės keliu iš rytų į vakarus, kai ji juda dangumi. Kai kurie helotropiniai augalai naktį taip pat gali pasukti savo žiedus atgal į rytus, kad užtikrintų, jog kylant saulei jie būtų atsukti į saulę. Šis gebėjimas sekti saulės judėjimą pastebimas jauniems saulėgrąžų augalams. Subrendus šie augalai praranda heliotropinį gebėjimą ir lieka į rytus nukreiptoje padėtyje. Heliotropizmas skatina augalų augimą ir padidina į rytus nukreiptų gėlių temperatūrą. Tai daro heliotropinius augalus patrauklesnius apdulkintojams.
Tigmotropizmas
Sijos yra modifikuoti lapai, kurie apgaubia objektus, palaikančius augalą. Jie yra tigmotropizmo pavyzdžiai. Edas Reschke/Stockbyte/Getty Images
Tigmotropizmas apibūdina augalų augimą reaguojant į prisilietimą ar sąlytį su kietu objektu. Teigiamą tigmostropizmą demonstruoja vijokliniai augalai ar vynmedžiai, turintys specializuotas struktūras, vadinamas ūselių . Indelis yra į siūlą panašus priedas, naudojamas susigiminiuoti aplink tvirtas konstrukcijas. Modifikuotas augalo lapas, stiebas ar lapkojis gali būti ūselis. Kai ūselis auga, jis tai daro besisukdamas. Antgalis lenkiasi įvairiomis kryptimis, sudarydamas spirales ir netaisyklingus apskritimus. Augančios ūselio judesys beveik atrodo taip, tarsi augalas ieškotų kontakto. Kai ūselis kontaktuoja su daiktu, stimuliuojamos jutimo epidermio ląstelės, esančios ūselio paviršiuje. Šios ląstelės signalizuoja, kad ūseliai apsisuktų aplink objektą.
Indelių susisukimas yra diferencinio augimo rezultatas, nes ląstelės, kurios nesiliečia su dirgikliu, pailgėja greičiau nei ląstelės, kurios kontaktuoja su dirgikliu. Kaip ir fototropizmo atveju, auksinai dalyvauja skirtingame ūselių augime. Didesnė hormono koncentracija kaupiasi toje ūselio pusėje, kuri nesiliečia su objektu. Vyšnelės susukimas pritvirtina augalą prie objekto, kuris palaiko augalą. Vijoklinių augalų veikla užtikrina geresnį šviesos poveikį fotosintezei ir taip pat padidina jų gėlių matomumą apdulkintojai .
Nors ūseliai rodo teigiamą tigmotropizmą, šaknys gali pasireikšti neigiamas tigmotropizmas kartais. Kai šaknys tęsiasi į žemę, jos dažnai auga toli nuo objekto. Šaknų augimą pirmiausia įtakoja gravitacija, o šaknys linkusios augti po žeme ir toliau nuo paviršiaus. Kai šaknys susisiekia su objektu, jos dažnai keičia savo kryptį žemyn, reaguodamos į kontakto dirgiklį. Vengiant daiktų šaknys gali netrukdomai augti per dirvą ir padidina jų galimybes gauti maistinių medžiagų.
Gravitropizmas
Šiame paveikslėlyje parodyti pagrindiniai augalo sėklos dygimo etapai. Trečiame vaizde šaknis auga žemyn, reaguodama į gravitaciją, o ketvirtajame vaizde embrioninis ūglis (spygliuolė) auga prieš gravitaciją. Power and Syred/Science Photo Library/Getty Images
Gravitropizmas arba geotropizmas yra augimas reaguojant į gravitaciją. Gravitropizmas yra labai svarbus augalams, nes jis nukreipia šaknų augimą į gravitacijos trauką (teigiamas gravitropizmas) ir stiebo augimą priešinga kryptimi (neigiamas gravitropizmas). Augalo šaknų ir ūglių sistemos orientacija į gravitaciją gali būti stebima daigų dygimo stadijose. Kai embriono šaknis atsiranda iš sėklos, ji auga žemyn gravitacijos kryptimi. Jei sėkla bus pasukta taip, kad šaknis būtų nukreipta į viršų nuo dirvožemio, šaknis išlinks ir persiorientuos atgal į gravitacinio traukimo kryptį. Ir atvirkščiai, besivystantis ūglis, augdamas aukštyn, orientuojasi prieš gravitaciją.
Šaknies dangtelis nukreipia šaknies galiuką į gravitacijos trauką. Specializuotos ląstelės šaknies dangtelyje vadinamos statocitai Manoma, kad jie yra atsakingi už gravitacijos jutimą. Statocitų yra ir augalų stiebuose, juose yra organelės paskambino amiloplastai . Amiloplastai veikia kaip krakmolo sandėliai. Dėl tankių krakmolo grūdelių, reaguojant į gravitaciją, amiloplastai nusėda augalų šaknyse. Amiloplasto nusėdimas skatina šaknies dangtelį siųsti signalus į šaknies sritį, vadinamą pailgėjimo zona . Pailgėjimo zonoje esančios ląstelės yra atsakingos už šaknų augimą. Aktyvumas šioje srityje lemia skirtingą šaknų augimą ir kreivumą, nukreipiantį augimą žemyn link gravitacijos. Jei šaknis pajudinama taip, kad pasikeistų statocitų orientacija, amiloplastai persikels į žemiausią ląstelių tašką. Amiloplastų padėties pokyčius pajunta statocitai, kurie vėliau signalizuoja apie šaknies pailgėjimo zoną, kad pakoreguotų kreivumo kryptį.
Auksinai taip pat vaidina svarbų vaidmenį augalų kryptingame augime, reaguodami į gravitaciją. Auksinų kaupimasis šaknyse sulėtina augimą. Jei augalas dedamas horizontaliai ant šono, be šviesos, auksinai kaupsis apatinėje šaknų pusėje, todėl toje pusėje augimas lėtesnis, o šaknis kreivės žemyn. Tokiomis pačiomis sąlygomis augalo stiebas bus eksponuojamas neigiamas gravitropizmas . Gravitacija paskatins auksinų kaupimąsi apatinėje stiebo pusėje, o tai paskatins tos pusės ląsteles pailgėti greičiau nei priešingos pusės ląstelės. Dėl to ūglis pasilenks aukštyn.
Hidrotropizmas
Šiame paveikslėlyje pavaizduotos mangrovių šaknys šalia vandens Iriomote nacionaliniame parke Yaeyama salose, Okinavoje, Japonijoje. Ippei Naoi / Moment / Getty Images
Hidrotropizmas yra kryptingas augimas, reaguojant į vandens koncentraciją. Šis tropizmas yra svarbus augalams, siekiant apsaugoti nuo sausros sąlygų dėl teigiamo hidrotropizmo ir nuo per didelio vandens prisotinimo dėl neigiamo hidrotropizmo. Tai ypač svarbu augalams sausringoje aplinkoje biomai kad būtų galima reaguoti į vandens koncentraciją. Drėgmės gradientai jaučiami augalų šaknyse. The ląstelės arčiausiai vandens šaltinio esančioje šaknies pusėje auga lėtesnis augimas nei priešingoje pusėje. Augalinis hormonas abscizo rūgštis (ABA) vaidina svarbų vaidmenį skatinant diferencinį augimą šaknų pailgėjimo zonoje. Dėl šio skirtingo augimo šaknys auga vandens kryptimi.
Kad augalų šaknys galėtų parodyti hidrotropizmą, jos turi įveikti savo gravitrofines tendencijas. Tai reiškia, kad šaknys turi tapti mažiau jautrios gravitacijai. Augalų gravitropizmo ir hidrotropizmo sąveikos tyrimai rodo, kad vandens gradientas arba vandens trūkumas gali sukelti šaknų hidrotropizmą, o ne gravitropizmą. Tokiomis sąlygomis šaknies statocituose sumažėja amiloplastų skaičius. Mažiau amiloplastų reiškia, kad šaknims nėra tokios įtakos amiloplastų nusėdimas. Amiloplasto sumažinimas šaknų kepurėse padeda šaknims įveikti gravitacijos jėgą ir judėti reaguodamos į drėgmę. Gerai hidratuotame dirvožemyje esančios šaknys turi daugiau amiloplastų šaknų kepurėlėse ir daug geriau reaguoja į gravitaciją nei į vandenį.
Daugiau augalų tropizmų
Matyti aštuoni žiedadulkių grūdeliai, susitelkę aplink pirštą primenančią projekciją, dalis opijaus žiedų stigmos. Matyti keli žiedadulkių vamzdeliai. Dr. Jeremy Burgess / Mokslo nuotraukų biblioteka / Getty Images
Kiti du augalų tropizmo tipai yra termotropizmas ir chemotropizmas. Termotropizmas yra augimas arba judėjimas reaguojant į karščio ar temperatūros pokyčius, tuo tarpu chemotropizmas yra augimas reaguojant į chemines medžiagas. Augalų šaknys gali turėti teigiamą termotropizmą viename temperatūros diapazone ir neigiamą termotropizmą kitame temperatūros intervale.
Augalų šaknys taip pat yra labai chemotropiniai organai, nes jie gali teigiamai arba neigiamai reaguoti į tam tikrų cheminių medžiagų buvimą dirvožemyje. Šaknų chemotropizmas padeda augalui patekti į maistinių medžiagų turtingą dirvą, kad padidėtų augimas ir vystymasis. Žydinčių augalų apdulkinimas yra dar vienas teigiamo chemotropizmo pavyzdys. Kada žiedadulkės grūdai patenka ant moteriškos reprodukcinės struktūros, vadinamos stigma, žiedadulkės sudygsta ir sudaro žiedadulkių vamzdelį. Žiedadulkių vamzdelio augimas nukreipiamas į kiaušidę, išskiriant cheminius signalus iš kiaušidės.
Šaltiniai
- Atamian, Hagop S. ir kt. Cirkadinis saulėgrąžų heliotropizmo, gėlių orientacijos ir apdulkintojų apsilankymų reguliavimas. Mokslas , Amerikos mokslo pažangos asociacija, 2016 m. rugpjūčio 5 d., science.sciencemag.org/content/353/6299/587.full.
- Chen, Rujin ir kt. „Gravitropizmas aukštesniuose augaluose“. Augalų fiziologija , t. 120 (2), 1999, p. 343-350., doi:10.1104/pp.120.2.343.
- Dietrich, Daniela ir kt. 'Šaknų hidrotropizmas yra kontroliuojamas naudojant specifinį žievės augimo mechanizmą.' Gamta Augalai , t. 3 (2017): 17057. Nature.com. Žiniatinklis. 2018 m. vasario 27 d.
- Esmon, C. Alex ir kt. Augalų tropizmas: suteikia judėjimo galią sėdinčiam organizmui. Tarptautinis vystymosi biologijos žurnalas , t. 49, 2005, p. 665–674., doi:10.1387/ijdb.052028ce.
- Stowe-Evans, Emily L. ir kt. „NPH4, sąlyginis nuo auksino priklausomų diferencinio augimo reakcijų moduliatorius Arabidopsis“. Augalų fiziologija , t. 118 (4), 1998, p. 1265-1275., doi:10.1104/pp.118.4.1265.
- Takahashi, Nobuyuki ir kt. „Hidrotropizmas sąveikauja su gravitropizmu ardydamas amiloplastus Arabidopsis ir ridikėlių sodinukų šaknyse“. Augalų fiziologija , t. 132 (2), 2003, p. 805-810., doi:10.1104/pp.018853.