Wie reagieren Pflanzen auf Umweltreize?

Wenn Tiere mit einem Umweltreiz konfrontiert werden, sei es Sonnenuntergang, starker Regen oder die Suche nach Wasser und Nahrung, ist es normal, dass Reaktionen auf der Grundlage ihres Verhaltens erzeugt werden. Im Allgemeinen besteht eine der Reaktionen von Tieren auf diese Reize darin, sich von dem Ort zu entfernen, an dem sie sich befinden. Umgekehrt können Pflanzen nicht gleich auf die gleichen Umweltreize reagieren. Denn Pflanzen sind sitzend, das heißt, sie sind buchstäblich immer am selben Ort verwurzelt oder verankert. Daher müssen Pflanzen durch ihre Physiologie und Entwicklung auf unterschiedliche Reize oder Herausforderungen reagieren.

Diese Unterschiede in der Lebensweise von Pflanzen und Tieren sind auf einen wesentlichen Unterschied zwischen den beiden Gruppen zurückzuführen: Während Tiere sich in ihrer Umgebung bewegen, wachsen Pflanzen in ihrer fest. Diese Lebensweise der Pflanzen bedeutet, dass ihr Wachstum zu einem großen Teil durch Umweltreize bestimmt wird. Somit ist gerichtetes Wachstum eines der Elemente der Reihe von Wachstumsreaktionen, die von Pflanzen verwendet werden, um diese Art von „plastischer“ Entwicklung durchzuführen, und die durch ihre Umgebung bedingt sind. Richtungswachstum wird wiederum durch einen Richtungsreiz erzeugt. Dieses Phänomen ist als Tropismus bekannt.

Was sind tropismen

Daher sind Pflanzentropismen Mechanismen, mit denen sie sich an Umweltveränderungen anpassen . Ebenso ist ein Tropismus eine Bewegung auf einen Reiz zu oder von ihm weg. Vier Stimuli beeinflussen das Pflanzenwachstum üblicherweise: Licht, Schwerkraft, Wasser und Berührung. Tropismen sollten jedoch nicht mit anderen Pflanzenbewegungen verwechselt werden. Bei nastischen Bewegungen hängt die Richtung der Reaktion von der Richtung der Reize ab. Die nastischen Bewegungen der Blätter fleischfressender Pflanzen sind ein gutes Beispiel. Hier werden diese Bewegungen durch einen Stimulus initiiert, aber die Richtung des Stimulus ist kein Faktor für die Reaktion, die als Ergebnis davon erzeugt wird.

Pflanzen müssen nicht nur auf Umweltstressoren (wie Befall durch Pflanzenfresser oder Krankheitserreger) reagieren, sondern auch ihre Umgebung erkunden. Auf diese Weise suchen sie nach den grundlegenden Nahrungsressourcen, die ihr Leben erhalten. Daher suchen die Pflanzen in ihrer Umgebung in erster Linie nach ausreichender Versorgung. Dazu gehören Wasser, Mineralstoffe, Licht und teilweise körperliche Unterstützung. Die Verteilung der von Pflanzen benötigten und gesuchten Vorräte variiert mit Zeit und Raum. Wenn Pflanzen in der Lage sind, diese Variablen und damit die Richtung der von ihnen erzeugten Veränderungen zu kontrollieren, werden sie ihre Umgebung besser erkunden können. Daher sind diese Tropismen in Pflanzen ständig vorhanden und sind der Schlüssel zur Anpassungsfähigkeit an die Umwelt für ihr Überleben.

positive und negative Tropismen

Pflanzentropismen sind auch das Ergebnis unterschiedlichen Wachstums. Dieses Wachstum tritt auf, wenn Zellen in einem Bereich eines Pflanzenorgans schneller wachsen als Zellen im gegenüberliegenden Bereich. Somit lenkt das unterschiedliche Wachstum der Zellen das Wachstum des Organs (Blatt, Wurzel, Stamm usw.). Ebenso bestimmt es die Wachstumsrichtung der gesamten Pflanze. Einige Pflanzenhormone, wie Auxine, gelten als Regulatoren des unterschiedlichen Wachstums eines Pflanzenorgans. Diese Hormone bewirken, dass sich die Pflanze als Reaktion auf einen Reiz verbiegt oder verbiegt.

Die Bewegung, die in Richtung eines Reizes erzeugt wird, wird als positiver Tropismus bezeichnet . Stattdessen wird Wachstum in die entgegengesetzte Richtung zu einem Stimulus als negativer Tropismus bezeichnet . Andere häufige tropische Reaktionen von Pflanzen sind Gravitropismus, Phototropismus, Hydrotropismus, Thigmotropismus, Thermotropismus und Chymotropismus.

Gravitropismus

Die Teilung von Pflanzenzellen erfolgt in subapikalen Regionen , die Elongationszonen genannt werden und von Geweben gebildet werden, die Meristeme genannt werden. Diese Zellteilung ermöglicht das Wachstum von Pflanzenorganen. Die Schwerkraft ist ein endogenes und umweltbedingtes Signal, das zusammen mit anderen Signalen diesen Wachstumsprozess reguliert. Wenn sich die Keimwurzel (Wurzel der Pflanze) verlängert und ihr Samen keimt, werden die Primärwurzeln gebildet. Alle Wurzeln, die aus den ersten Wurzeln entstehen, werden als Sekundärwurzeln bezeichnet. Obwohl Pfahlwurzeln gegen die Schwerkraft wachsen, neigen Pfahlwurzeln dazu, mit ihr zu wachsen.

Periphere Organe hingegen entstehen aus den primären Organen. Sie nehmen jedoch eine schnelle Neueinstellung vor, um einem bevorzugten Winkel in Bezug auf den Schwerkraftvektor zu folgen. Dies ist als Schwerkraftsollwertwinkel (GSA) bekannt. Dadurch behält ein Organ seine nach unten gerichtete vertikale Ausrichtung von 0 Grad bei. Laterales oder peripheres Wachstum, ausgehend von der Achse oder dem primären Organ, ermöglicht es der Pflanze, die Umgebung, in der sie wächst, besser zu erkunden, so dass sie die Ressourcen dieser Umgebung effektiv erwerben kann.

Daher reagiert jedes Pflanzenorgan anders auf die Schwerkraft. Folglich wachsen sie aus spezifischen Gewichtssollwertwinkeln für jedes der Organe. Diese Winkel können durch die Entwicklung der Pflanze, durch Hormoneinwirkung oder durch Umweltsignale verändert werden. Allerdings ist das Wachstum der Pflanze mit einer nach unten gerichteten vertikalen Ausrichtung von 0 Grad dank Gravitropismus gegeben . Im Allgemeinen kann dieser Tropismus als eine Strategie von Pflanzen betrachtet werden, die es ihren Organen ermöglicht, Zugang zu knappen Ressourcen zu haben, sowohl unter der Erde als auch in der Luft.

Bedeutung des Gravitropismus

Der Gravitropismus ist bei Pflanzen von großer Bedeutung, da er das Wachstum ihrer Wurzeln steuert. Wenn die Wurzeln in Richtung der Schwerkraft wachsen, spricht man von einem positiven Gravitropismus . Wenn die Wurzeln entgegen der Schwerkraft wachsen, spricht man von negativem Gravitropismus . Die Ausrichtung des Wurzel- und Sprosssystems der Pflanze zur Schwerkraft lässt sich an den Keimstadien des Sämlings beobachten.

Die Ausrichtung des Wurzelsystems auf die Anziehungskraft der Schwerkraft ist jedoch dank der Wurzelkappe, Kappe oder Pilorriza genannt, gegeben . Es wird angenommen , dass Statozyten , die spezialisierten Zellen der Wurzelkappe, für die Wahrnehmung der Schwerkraft verantwortlich sind. Diese spezialisierten Zellen finden sich auch in anderen Organen, wie dem Stamm. Der Stamm enthält Organellen, die Amyloplasten genannt werden . Diese fungieren als Stärkespeicher. Die groben Stärkekörner bewirken, dass sich Amyloplasten in den Wurzeln von Pflanzen ablagern. Dies geschieht als Reaktion auf die Schwerkraft.

Durch die Sedimentation der Amyloplasten sendet die Wurzelkapsel Signale an die Dehnungszone. Wie bereits erwähnt, ist dieser Bereich mitverantwortlich für das Wurzelwachstum. Aktivität in dieser Zone verursacht unterschiedliches Wachstum und Wurzelkrümmung und lenkt das Wachstum in Richtung der Schwerkraft. Wenn eine Wurzel Bewegungen ausführt, die eine Änderung der Orientierung der Statozyten bewirken, verschieben sich die Aminoplasten, wodurch die Statozyten zum idealen Punkt zurückkehren, dh in Richtung der Schwerkraft. Mit einfachen Worten, wenn der Samen eine Drehung macht, so dass die Wurzel gegen die Richtung der Schwerkraft (nach oben) ist, wird er sich krümmen und sich nach unten neu ausrichten. Daher wird es entsprechend der Richtung der Schwerkraft wachsen.

Phototropismus

Pflanzen haben die Fähigkeit, die verschiedenen Wellenlängen des Lichts zu unterscheiden. Aus diesem Grund ist es normalerweise in Richtung des blauen Lichts. Die Bewegung (Tropismus), die die Pflanze als Reaktion auf die Lichtrichtung erzeugt, wird als Phototropismus bezeichnet . Die blauen Lichtrezeptoren, die diese Reaktion ermöglichen, sind als Phototropine bekannt . Obwohl phototrope Reaktionen typischerweise nicht durch rotes Licht hervorgerufen werden, scheint das Phototropinsystem mit Phytochrom zu interagieren, um die Gesamtreaktion auf blaues Licht zu verstärken. Phytochrome sind die Sensoren für rotes Licht.

Phototropismus ist in verschiedenen Pflanzen verbreitet. Dies kann in Moosen, Farnen, Samenpflanzen und sogar Algen beobachtet werden. Dieser Tropismus ist leichter an den Stängeln und Blättern zu erkennen, die normalerweise komplexe Muster der täglichen Bewegung entwickeln, da sie tagsüber der Sonne folgen. Dies ist gegeben, um den Winkel der Klinge in Bezug auf das einfallende Sonnenlicht beizubehalten. Ebenso ist bei verschiedenen Gefäßpflanzen ein Wachstum zum Licht hin oder ein positiver Tropismus zu beobachten. Darunter sind Angiospermen, Gymnospermen und Farne.

Die Stängel dieser Pflanzen wachsen in Richtung einer Lichtquelle. Phototrope Reaktionen werden jedoch auch in den Wurzeln beobachtet. Diese Reaktionen wurden vorgeschlagen, um das Wurzelwachstum in Bezug auf die oberen Regionen des Bodens auszurichten, in die noch Licht eindringen kann. Die Wurzeln der Pflanze neigen jedoch dazu, einen negativen Phototropismus zu erzeugen , der vom Gravitropismus beeinflusst wird. Das heißt, sie wachsen und bewegen sich in die entgegengesetzte Richtung des Lichts.

Heliotropismus

Heliotropismus ist eine Art Phototropismus, bei dem einige Pflanzenorgane dem Weg von Ost nach West folgen . Die Organe der Pflanzen, die normalerweise diese Bewegung ausführen, sind die Stängel und die Blüten. Einige heliotrope Pflanzen haben auch die Fähigkeit, ihre Blüten nachts der Sonne zuzuwenden. Damit stellt die Pflanze sicher, dass sie bei ihrem Erscheinen in Richtung der Sonne ausgerichtet ist. Diese Fähigkeit, sich zu bewegen, zeigt sich bei Pflanzen wie der Sonnenblume. Dies geschieht jedoch nur in seiner Jugend. Wenn Sonnenblumen reifen, verlieren sie ihre heliotrope Fähigkeit und zeigen nur noch in eine Richtung, normalerweise nach Osten.

Ebenso begünstigt der Heliotropismus das Pflanzenwachstum und erhöht die Temperatur der nach Osten ausgerichteten Blumen. Diese Tatsache macht heliotrope Pflanzen für Bestäuber attraktiver.

Hydrotropismus

Die Fähigkeit der Pflanzenwurzeln, Wasser und Mineralien aus dem Boden zu gewinnen, macht ihre Existenz davon abhängig. Das gerichtete Wurzelwachstum relativ zu einem Feuchtigkeitsgradienten wird als Hydrotropismus bezeichnet . Mit anderen Worten, mit diesem Tropismus wachsen Pflanzenwurzeln als Reaktion auf Wasserkonzentrationen gerichtet. Durch positiven Hydrotropismus sorgen Pflanzen für ihr Überleben und schützen sich vor Dürrebedingungen. Im Gegenteil, durch negativen Hydrotropismus werden die Pflanzen die Übersättigung des Wassers los. Dieser Tropismus ist bei Pflanzen aus ariden Biomen von großer Bedeutung, da sie in der Lage sein müssen, auf geringe Wasserkonzentrationen zu reagieren.

Da Feuchtigkeitsgradienten in Pflanzenwurzeln zu spüren sind, erfahren Zellen auf der Seite der Wurzel, die der Wurzel am nächsten liegt, ein langsameres Wachstum. Eine wichtige Rolle spielt dabei das Pflanzenhormon Abscisinsäure (ABA). Dieses Hormon hilft bei der Induktion von unterschiedlichem Wachstum in der Wurzeldehnungszone, und dank dessen ermöglicht dieses Wachstum den Wurzeln, in Richtung des Wassers zu wachsen.

Nun, bevor die Wurzeln einer Pflanze Hydrotropismus zeigen, müssen sie zuerst ihre Gravitationstendenzen überwinden. Das heißt, die Wurzeln müssen es schaffen, weniger schwerkraftempfindlich zu sein. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass die Exposition gegenüber einem Wassergradienten oder dessen Fehlen dazu führen kann, dass Wurzeln Hydrotropismus über Gravitropismus zeigen. In diesem Fall nimmt die Anzahl der Aminoplasten in den Statozyten der Wurzeln ab. Die Reduktion von Aminoplasten in den Wurzelstatozyten hilft den Wurzeln, die Schwerkraft zu überwinden und sich als Reaktion auf Feuchtigkeit zu bewegen.

Thigmotropismus

Einige Pflanzen sind berührungsempfindlicher als viele Tiere, einschließlich Menschen. Auf der menschlichen Haut ist ein Mindestgewicht von 0,002 mg spürbar. Umgekehrt kann eine insektenfressende Pflanze namens Sonnentau ein Gewicht von 0,0008 mg an sich selbst erkennen, während eine Sicyos -Ranke ein Gewicht von 0,00025 mg erkennen kann. Somit bezieht sich Thigmotropismus auf die Bewegung einer Pflanze als Reaktion auf den Reiz der Berührung oder des Kontakts. Dieses Phänomen wird auch Haptotropismus genannt .

positiver und negativer Thigmotropismus

Es gibt verschiedene Arten von thigmotropem Verhalten. Darunter das Positive und das Negative. Positiver Thigmotropismus tritt sowohl bei Kletterpflanzen als auch bei solchen auf, die als Reben bekannt sind. Um den Photosyntheseprozess zu verbessern, nutzen einige dieser Pflanzen spezialisierte Strukturen, um näher an ihre Reize heranzukommen und sich mehr Licht auszusetzen. Diese Strukturen sind als Ranken bekannt.

Eine Ranke ist ein fadenartiger Fortsatz, mit dem sich die Pflanze um feste Oberflächen oder Strukturen windet. Sensorische Epidermiszellen auf der Oberfläche der Ranke werden stimuliert, wenn die Ranke mit einem Objekt in Kontakt kommt. Diese Zellen sind diejenigen, die der Ranke sagen, dass sie sich aufwickeln soll. Dieses Kräuseln ist auch das Ergebnis unterschiedlichen Wachstums.

Während die Ranken einen positiven Thigmotropismus erzeugen, können die Wurzeln der Pflanzen im Gegenteil einen negativen aufweisen. Negativer Thigmotropismus tritt auf , wenn sich die Wurzeln durch den Boden erstrecken und in die entgegengesetzte Richtung zu dem Objekt wachsen, das den Stimulus für die Ranke verursacht. Das Wurzelwachstum wird stark von der Schwerkraft beeinflusst, daher neigen sie dazu, nach unten zu wachsen. Wenn die Wurzeln jedoch mit einem Gegenstand in Kontakt kommen, können sie ihre Wachstumsrichtung ändern. Dies geschieht als Reaktion auf den Reiz, der Kontakt ist.

Thermotropismus und Chymotropismus

Zwei weitere interessante Arten von Tropismen sind Thermotropismus und Chemotropismus. Thermotropismus ist die Bewegung oder das Wachstum einer Pflanze als Reaktion auf Temperaturänderungen. So kann ein positiver oder negativer Thermotropismus auftreten , und zwar abhängig von den Temperaturbereichen der Umgebung, in der sich die Pflanze befindet. Chemotropismus seinerseits ist das Wachstum oder die Bewegung der Pflanze als Reaktion auf die Bestandteile oder chemischen Substanzen der Umgebung.

Pflanzenwurzeln sind ziemlich chemotrope Organe, da sie positiv oder negativ auf das Vorhandensein bestimmter chemischer Substanzen im Boden reagieren können. Der in den Wurzeln vorhandene Chymotropismus hilft der Pflanze, ihr Wachstum und ihre Entwicklung durch die aus dem Boden gewonnenen Ressourcen zu verbessern.

Ein Beispiel für positiven Chemotropismus tritt zum Zeitpunkt der Pflanzenbestäubung auf. Wenn ein Pollenkörn auf der weiblichen Fortpflanzungsstruktur landet, die als Stigma bezeichnet wird , keimt das Pollenkörn. Auf diese Weise entsteht ein Pollenschlauch. So wird das Wachstum des Pollenschlauchs dank der Freisetzung chemischer Signale, die von ihm ausgehen, zum Eierstock der Pflanze gelenkt.

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