Geotropismo je vplyv gravitácie na pohyb rastlín. Geotropismus vychádza zo slov „geo“, čo znamená zem a „tropismus“, čo znamená pohyb spôsobený podnetom (Öpik & Rolfe, 2005).
V tomto prípade je stimulom gravitácia a to, čo sa hýbe, je rastlina. Pretože stimulom je gravitácia, je tento proces známy aj ako gravitropismus (Chen, Rosen a Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Po mnoho rokov tento fenomén vzbudil zvedavosť vedcov, ktorí skúmali, ako k tomuto pohybu dochádza v rastlinách. Mnoho štúdií ukázalo, že rôzne oblasti rastliny rastú opačným smerom (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
Bolo pozorované, že gravitačná sila hrá zásadnú úlohu v orientácii častí rastliny: horná časť, tvorená stonkou a listami, rastie smerom nahor (negatívna gravitropismus), zatiaľ čo spodná časť sa skladá z korene, rastie nadol v smere gravitácie (pozitívny gravitropismus) (Hangarter, 1997).
Tieto pohyby sprostredkované gravitáciou zaisťujú, že rastliny správne vykonávajú svoje funkcie.
Horná časť je orientovaná na slnečné svetlo, aby sa uskutočnila fotosyntéza, a spodná časť je orientovaná na spodnú časť Zeme, takže korene môžu dosiahnuť vodu a živiny potrebné na ich vývoj (Chen et al., 1999 ).
Ako sa vyskytuje geotropismus?
Rastliny sú mimoriadne citlivé na životné prostredie, môžu ovplyvniť ich rast v závislosti od signálov, ktoré vnímajú, napríklad: svetlo, gravitácia, dotyk, živiny a voda (Wolverton, Paya a Toska, 2011).
Geotropismus je jav, ktorý sa vyskytuje v troch fázach:
Detekcia : vnímanie gravitácie sa vykonáva pomocou špecializovaných buniek nazývaných statocysty.
Transdukcia a prenos : fyzikálny stimul gravitácie sa premieňa na biochemický signál, ktorý sa prenáša do iných buniek rastliny.
Odpoveď : receptorové bunky rastú takým spôsobom, že sa vytvorí zakrivenie, ktoré mení orientáciu orgánu. Korene teda rastú nadol a stonky nahor, bez ohľadu na orientáciu rastliny (Masson a kol., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Obrázok 1. Príklad geotropizmu v rastline. Všimnite si rozdiel v orientácii koreňov a stonky. Editoval: Katherine Briceño.
Geotropismus v koreňoch
Fenomén sklonu koreňa k gravitácii bol študovaný prvýkrát pred mnohými rokmi. V slávnej knihe „Sila hnutia v rastlinách“ Charles Darwin uviedol, že korene rastlín majú tendenciu rásť smerom k gravitácii (Ge & Chen, 2016).
Závažnosť sa zisťuje na špičke koreňa a táto informácia sa prenáša do predlžovacej zóny, aby sa zachoval smer rastu.
Ak dôjde k zmenám v orientácii vzhľadom na gravitačné pole, bunky reagujú zmenou ich veľkosti tak, aby špička koreňa naďalej rástla v rovnakom smere gravitácie a vykazovala pozitívny geotropismus (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg a Swarup). , 2017; Wolverton a kol., 2011).
Darwin a Ciesielski ukázali, že na vrchole koreňov je štruktúra, ktorá bola nevyhnutná na to, aby sa objavil geotropismus. Túto štruktúru nazvali „čiapka“.
Predpokladali, že čiapka je zodpovedná za odhaľovanie zmien v orientácii koreňov s ohľadom na gravitačnú silu (Chen et al., 1999).
Neskoršie štúdie ukázali, že v čapici sú zvláštne bunky, ktoré sedimentujú v smere gravitácie, ktoré sa nazývajú statocysty.
Statocysty obsahujú kamenné štruktúry, nazývajú sa amyloplasty, pretože sú plné škrobu. Amyloplasty, ktoré sú veľmi husté, sedimentujú priamo na špičke koreňov (Chen a kol., 1999; Sato a kol., 2017; Wolverton a kol., 2011).
Z posledných štúdií v bunkovej a molekulárnej biológii sa zlepšilo porozumenie mechanizmu, ktorým sa riadi koreňová geotropismus.
Ukázalo sa, že tento proces vyžaduje transport rastového hormónu nazývaného auxín, tento transport je známy ako polárny transport auxínu (Chen a kol., 1999; Sato a kol., 2017).
Toto bolo opísané v 20. rokoch v modeli Cholodny-Went, ktorý navrhuje, že rastové krivky sú dôsledkom nerovnomernej distribúcie auxínov (Öpik & Rolfe, 2005).
Geotropismus v stonkách
Podobný mechanizmus sa vyskytuje v stonkách rastlín s tým rozdielom, že ich bunky reagujú odlišne na auxín.
V výhonkoch stoniek zvyšuje lokálna koncentrácia auxínu expanziu buniek; opak sa vyskytuje v koreňových bunkách (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Rozdielna citlivosť na auxín pomáha vysvetliť Darwinovo pôvodné pozorovanie, že pramene a korene reagujú opačným spôsobom ako gravitácia. V koreňoch a stonkách sa auxín hromadí smerom k gravitácii na spodnej strane.
Rozdiel je v tom, že kmeňové bunky reagujú opačne ako na koreňové bunky (Chen a kol., 1999; Masson a kol., 2002).
V koreňoch je na spodnej strane inhibovaná expanzia buniek a je generované zakrivenie smerom k gravitácii (pozitívna gravitropismus).
V stonkách sa auxín akumuluje aj na spodnej strane, rozširovanie buniek sa však zvyšuje a má za následok zakrivenie stonky v opačnom smere k gravitácii (negatívny gravitropismus) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Referencie
- Chen, R., Rosen, E. & Masson, PH (1999). Gravitropismus vo vyšších rastlinách. Plant Physiology, 120, 343 - 350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Negatívny gravitropizmus v koreňoch rastlín. Nature Plants, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Gravitácia, svetlo a forma rastlín. Plant, Cell and Environment, 20, 796 - 800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH, … Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: Model na štúdium koreňovej a výhonkovej gravitropismy (s. 1–24).
- Morita, MT (2010). Directional Gravity Sensing in Gravitropism. Ročný prehľad o rastlinnej biológii, 61, 705 - 720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Fyziológia kvetín. (CU Press, Ed.) (4. vydanie).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Nové poznatky o gravitropickej signalizácii koreňov. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155-2165.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Physiológia rastlín (3. vydanie). Sinauer Associates.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Gravitropismus a mechanická signalizácia v rastlinách. American Journal of Botany, 100 (1), 111 - 125.
- Wolverton, C., Paya, AM a Toska, J. (2011). Uhol koreňa čiapky a miera gravitropickej reakcie sú v mutante Arabidopsis pgm-1 odpojené. Physiologia Plantarum, 141, 373 - 382.