Tabla de Contenidos
Kiedy zwierzęta stają w obliczu bodźca środowiskowego, czy to zachodu słońca, ulewnego deszczu, czy potrzeby znalezienia wody i pożywienia, normalne jest generowanie reakcji opartych na ich zachowaniu. Ogólnie rzecz biorąc, jedną z reakcji zwierząt na te bodźce jest przeniesienie się z miejsca, w którym się znajdują. I odwrotnie, rośliny nie mogą reagować w ten sam sposób na te same bodźce środowiskowe. Dzieje się tak, ponieważ rośliny są siedzące, to znaczy dosłownie zawsze są zakorzenione lub zakotwiczone w tym samym miejscu. Dlatego rośliny muszą reagować na różne bodźce lub wyzwania poprzez swoją fizjologię i rozwój.
Te różnice w stylu życia między roślinami i zwierzętami wynikają z kluczowej różnicy między tymi dwiema grupami: podczas gdy zwierzęta poruszają się w swoim środowisku, rośliny rosną w swoim środowisku. Taki tryb życia roślin powoduje, że ich wzrost jest w dużej mierze determinowany przez bodźce środowiskowe. Zatem jednym z elementów zestawu reakcji wzrostowych wykorzystywanych przez rośliny do przeprowadzania tego typu „plastycznego” rozwoju i uwarunkowanych ich środowiskiem jest wzrost kierunkowy. Z kolei wzrost kierunkowy jest wytwarzany przez bodziec kierunkowy. Zjawisko to znane jest jako tropizm.
Co to są tropizmy
Dlatego tropizmy roślin to mechanizmy, dzięki którym przystosowują się one do zmian środowiskowych . Podobnie tropizm to ruch w kierunku lub od bodźca. Bodźce, które zwykle wpływają na wzrost roślin, to cztery: światło, grawitacja, woda i dotyk. Jednak tropizmów nie należy mylić z innymi ruchami roślin. W przypadku ruchów dokuczliwych kierunek reakcji zależy od kierunku bodźców. Dobrym przykładem są paskudne ruchy liści roślin mięsożernych. Tutaj ruchy te są inicjowane przez bodziec, ale kierunek bodźca nie jest czynnikiem wpływającym na reakcję, która jest generowana w jego wyniku.
Oprócz konieczności reagowania na stresory środowiskowe (takie jak atak roślinożerców lub patogenów), rośliny muszą badać swoje środowisko. W ten sposób poszukują podstawowych zasobów odżywczych, które podtrzymują ich życie. Dlatego rośliny w swoim środowisku przede wszystkim poszukują odpowiednich zapasów. Należy do nich woda, składniki mineralne, światło i, w niektórych przypadkach, wsparcie fizyczne. Dystrybucja potrzebnych i poszukiwanych przez rośliny zasobów zmienia się w czasie i przestrzeni. Jeśli rośliny będą w stanie kontrolować te zmienne, a co za tym idzie kierunek generowanych przez nie zmian, będą miały większą zdolność do eksploracji swojego środowiska. Dlatego te tropizmy są obecne w roślinach przez cały czas i są kluczem do przystosowania się do środowiska dla ich przetrwania.
pozytywne i negatywne tropizmy
Tropizmy roślin są również wynikiem zróżnicowanego wzrostu. Ten wzrost występuje, gdy komórki w jednym obszarze narządu rośliny rosną szybciej niż komórki w przeciwległym obszarze. Zatem zróżnicowany wzrost komórek kieruje wzrostem narządu (liść, korzeń, łodyga itp.). Podobnie określa kierunek wzrostu całej rośliny. Niektóre hormony roślinne, takie jak auksyny, są uważane za regulatory zróżnicowanego wzrostu narządu rośliny. Hormony te powodują, że roślina wygina się lub wygina w odpowiedzi na bodziec.
Ruch, który jest generowany w kierunku bodźca, jest uważany za pozytywny tropizm . Zamiast tego wzrost w kierunku przeciwnym do bodźca jest znany jako negatywny tropizm . Inne powszechne reakcje tropikalne roślin to grawitropizm, fototropizm, hydrotropizm, tigmotropizm, termotropizm i chymotropizm.
grawitropizm
Podział komórek roślinnych zachodzi w regionach podwierzchołkowych zwanych strefami elongacyjnymi i tworzonych przez tkanki zwane merystemami. Ten podział komórek umożliwia wzrost organów roślinnych. Grawitacja jest sygnałem endogennym i środowiskowym, który wraz z innymi sygnałami reguluje ten proces wzrostu. Kiedy korzonki (korzeń rośliny) wydłużają się, a ich nasiona kiełkują, powstają korzenie pierwotne. Wszystkie korzenie, które powstają z pierwszych korzeni, są znane jako korzenie wtórne. Chociaż korzenie palowe rosną wbrew grawitacji, korzenie palowe zwykle rosną razem z nią.
Z drugiej strony narządy obwodowe powstają z narządów pierwotnych. Jednak dokonują szybkiej korekty, aby podążać pod preferowanym kątem względem wektora grawitacji. Jest to znane jako kąt punktu ustawienia grawitacji (GSA). W ten sposób narząd utrzymuje swoją pionową orientację w dół wynoszącą 0 stopni. Wzrost boczny lub obwodowy, rozpoczynający się od osi lub narządu pierwotnego, pozwala roślinie na lepsze poznanie środowiska, w którym rośnie, dzięki czemu może efektywnie pozyskiwać zasoby tego środowiska.
Dlatego każdy organ rośliny inaczej reaguje na grawitację. W konsekwencji wyrastają one z zadanych kątów ciężaru właściwego dla każdego z narządów. Kąty te mogą być modyfikowane przez rozwój rośliny, działanie hormonów lub sygnały środowiskowe. Jednak wzrost rośliny o orientacji pionowej w dół wynoszącej 0 stopni jest możliwy dzięki grawitropizmowi . Ogólnie rzecz biorąc, tropizm ten można uznać za strategię roślin, która umożliwia ich organom dostęp do rzadkich zasobów, zarówno podziemnych, jak i powietrznych.
Znaczenie grawitropizmu
Grawitropizm ma ogromne znaczenie u roślin, ponieważ kieruje wzrostem ich korzeni. Kiedy korzenie rosną w kierunku przyciągania grawitacyjnego, uważa się, że ma dodatni grawitropizm . Kiedy korzenie rosną w kierunku przeciwnym do grawitacji, uważa się to za ujemny grawitropizm . Orientację systemu korzeniowego i pędowego rośliny w kierunku grawitacji można zaobserwować na podstawie faz kiełkowania siewki.
Jednak orientacja systemu korzeniowego w kierunku przyciągania grawitacyjnego jest zapewniona dzięki czapeczce korzeniowej, zwanej czapeczką lub pilorriza . Uważa się, że statocyty , które są wyspecjalizowanymi komórkami w nasadce korzenia, są odpowiedzialne za wykrywanie grawitacji. Te wyspecjalizowane komórki znajdują się również w innych narządach, takich jak łodyga. Łodyga zawiera organelle zwane amyloplastami . Działają one jako magazyny skrobi. Gruboziarniste ziarna skrobi powodują odkładanie się amyloplastów w korzeniach roślin. Dzieje się tak w odpowiedzi na grawitację.
Sedymentacja amyloplastów powoduje, że torebka korzeniowa wysyła sygnały do strefy wydłużenia. Jak już wspomniano, obszar ten jest jednym z obszarów odpowiedzialnych za wzrost korzeni. Aktywność w tej strefie powoduje zróżnicowany wzrost i skrzywienie korzeni oraz kieruje wzrost w kierunku grawitacji. Jeśli korzeń wykonuje ruchy, które powodują zmianę orientacji statocytów, aminoplasty przemieszczą się, powodując powrót statocytów do idealnego punktu, to znaczy w kierunku grawitacji. Mówiąc prościej, jeśli ziarno obróci się tak, że korzeń znajdzie się w kierunku przeciwnym do kierunku grawitacji (w górę), zakrzywi się, zmieniając orientację w dół. W ten sposób będzie rosnąć zgodnie z kierunkiem grawitacji.
Fototropizm
Rośliny mają zdolność rozróżniania różnych długości fal światła. Z tego powodu jest zwykle w kierunku światła niebieskiego. Ruch (tropizm), który roślina generuje w odpowiedzi na kierunek światła, jest znany jako fototropizm . Receptory czuciowe światła niebieskiego, które umożliwiają tę reakcję, są znane jako fototropiny . Chociaż reakcje fototropowe nie są zwykle wywoływane przez światło czerwone, wydaje się, że system fototropin wchodzi w interakcję z fitochromem, wzmacniając ogólną reakcję na światło niebieskie. Fitochromy są czujnikami światła czerwonego.
Fototropizm jest powszechny w różnych roślinach. Można to zaobserwować w mchach, paprociach, roślinach nasiennych, a nawet algach. Ten tropizm jest łatwiejszy do docenienia w przypadku łodyg i liści, które zwykle rozwijają złożone wzorce ruchu dobowego, ponieważ podążają za słońcem w ciągu dnia. Ma to na celu utrzymanie kąta ostrza w stosunku do padającego światła słonecznego. Podobnie wzrost w kierunku światła lub dodatni tropizm można zaobserwować u różnych roślin naczyniowych. Wśród nich są rośliny okrytozalążkowe, nagonasienne i paprocie.
Łodygi tych roślin rosną w kierunku źródła światła. Jednak reakcje fototropowe obserwuje się również w korzeniach. Reakcje te zostały zaproponowane, aby pomóc zorientować wzrost korzeni w odniesieniu do górnych obszarów gleby, do których światło może nadal przenikać. Jednak korzenie rośliny mają tendencję do generowania negatywnego fototropizmu , na który wpływa grawitropizm. Oznacza to, że rosną i poruszają się w kierunku przeciwnym do światła.
heliotropizm
Heliotropizm to rodzaj fototropizmu, w którym niektóre organy roślin podążają ścieżką ze wschodu na zachód . Organami roślin, które zwykle wykonują ten ruch, są łodygi i kwiaty. Niektóre rośliny heliotropowe mają również zdolność zwracania kwiatów w kierunku słońca w nocy. Dzięki temu roślina zapewnia, że jest zorientowana w kierunku słońca, gdy się pojawia. Ta zdolność do poruszania się jest widoczna w roślinach takich jak słonecznik. Jednak dzieje się tak tylko w młodości. W miarę dojrzewania słoneczniki tracą zdolność heliotropową i pozostają skierowane tylko w jednym kierunku, zwykle na wschód.
Podobnie heliotropizm sprzyja wzrostowi roślin i zwiększa temperaturę kwiatów skierowanych na wschód. Fakt ten sprawia, że rośliny heliotropowe są bardziej atrakcyjne dla zapylaczy.
hydrotropizm
Zdolność korzeni roślin do pozyskiwania wody i składników mineralnych z gleby sprawia, że od tego zależy ich istnienie. Ukierunkowany wzrost korzeni w stosunku do gradientu wilgotności jest znany jako hydrotropizm . Innymi słowy, przy tym tropizmie korzenie roślin rosną kierunkowo w odpowiedzi na stężenie wody. Poprzez pozytywny hydrotropizm rośliny dbają o przetrwanie, chroniąc się przed suszą. Wręcz przeciwnie, za pomocą hydrotropizmu ujemnego rośliny pozbywają się przesycenia wodą. Ten tropizm ma ogromne znaczenie w roślinach z suchych biomów, ponieważ muszą one być w stanie reagować na niskie stężenia wody.
Ponieważ gradienty wilgoci są odczuwalne w korzeniach roślin, komórki po stronie korzenia najbliżej korzenia doświadczają wolniejszego wzrostu. Ważną rolę w tym procesie odgrywa hormon roślinny znany jako kwas abscysynowy (ABA). Hormon ten pomaga w indukowaniu zróżnicowanego wzrostu w strefie wydłużania korzeni, dzięki czemu ten wzrost pozwala korzeniom rosnąć w kierunku wody.
Teraz, zanim korzenie rośliny wykażą hydrotropizm, muszą najpierw przezwyciężyć swoje tendencje grawitacyjne. Oznacza to, że korzenie muszą być mniej wrażliwe na grawitację. Różne badania wykazały, że narażenie na gradient wody lub jego brak może powodować, że korzenie wykażą hydrotropizm powyżej grawitropizmu. W tym przypadku zmniejsza się liczba aminoplastów w statocytach korzeni. Zmniejszenie liczby aminoplastów w statocytach korzenia pomaga korzeniom przezwyciężyć przyciąganie grawitacyjne i poruszać się w odpowiedzi na wilgoć.
tigmotropizm
Niektóre rośliny są bardziej wrażliwe na dotyk niż wiele zwierząt, w tym ludzie. Ludzka skóra wyczuwa na sobie minimalną wagę 0,002 mg. I odwrotnie, owadożerna roślina zwana rosiczką może wykryć na sobie masę 0,0008 mg, podczas gdy wąs Sicyos może wykryć masę 0,00025 mg. Zatem tigmotropizm odnosi się do ruchu rośliny w odpowiedzi na bodziec dotyku lub kontaktu. Zjawisko to nazywane jest również haptotropizmem .
dodatni i ujemny tigmotropizm
Istnieją różne typy zachowań tigmotropowych. Wśród nich pozytywne i negatywne. Pozytywny tigmotropizm występuje zarówno u roślin pnących, jak i winorośli. Aby usprawnić proces fotosyntezy, niektóre z tych roślin wykorzystują wyspecjalizowane struktury, aby zbliżyć się do swoich bodźców i bardziej eksponować się na światło. Struktury te są znane jako wąsy.
Wąs to nitkowaty wyrostek, którego roślina używa do zwijania się wokół stałych powierzchni lub struktur. Czuciowe komórki naskórka na powierzchni wąsa są stymulowane, gdy wąs wchodzi w kontakt z przedmiotem. Te komórki są tymi, które każą wąsowi się zwijać. To zwijanie się jest również wynikiem zróżnicowanego wzrostu.
Podczas gdy wąsy generują pozytywny tigmotropizm, korzenie roślin mogą wykazywać, wręcz przeciwnie, negatywny. Negatywny tigmotropizm występuje , gdy korzenie przechodzą przez glebę, rosnąc w kierunku przeciwnym do obiektu, który powoduje bodziec do wąsów. Na wzrost korzeni duży wpływ ma grawitacja, więc mają tendencję do wzrostu w dół. Jednak gdy korzenie zetkną się z przedmiotem, mogą zmienić kierunek swojego wzrostu. Dzieje się tak w odpowiedzi na bodziec, którym jest kontakt.
Termotropizm i chymotropizm
Dwa inne interesujące typy tropizmów to termotropizm i chemotropizm. Termotropizm to ruch lub wzrost rośliny w odpowiedzi na zmiany temperatury. Zatem może wystąpić dodatni lub ujemny termotropizm , który występuje w zależności od zakresów temperatur środowiska, w którym znajduje się roślina. Z kolei chemotropizm to wzrost lub ruch rośliny w odpowiedzi na składniki lub substancje chemiczne środowiska.
Korzenie roślin są dość chemotropowymi organami, ponieważ mogą pozytywnie lub negatywnie reagować na obecność niektórych substancji chemicznych obecnych w glebie. Chymotropizm obecny w korzeniach pomaga roślinie poprawić jej wzrost i rozwój dzięki zasobom wydobywanym z gleby.
Przykład pozytywnego chemotropizmu występuje w czasie zapylania roślin. Kiedy ziarno pyłku ląduje na żeńskiej strukturze rozrodczej, zwanej piętnem , ziarno pyłku kiełkuje. W ten sposób powstaje łagiewka pyłkowa. W ten sposób wzrost łagiewki pyłkowej jest skierowany w stronę zalążni rośliny dzięki uwolnieniu sygnałów chemicznych, które z niej pochodzą.
Źródła
- Atamian, Hagop S. i in. „Dobowa regulacja heliotropizmu słonecznika, orientacji kwiatów i wizyt zapylaczy”. Science, American Association for the Advancement of Science, 5 sierpnia. 2016, science.sciencemag.org/content/353/6299/587.full.
- Chen, Rujin i in. „Grawitropizm w roślinach wyższych”. Fizjologia roślin, tom. 120(2), 1999, s. 343-350., doi: 10.1104/s.120.2.343.
- Dietrich, Daniela i in. „Hydrotropizm korzeni jest kontrolowany przez mechanizm wzrostu specyficzny dla kory”. Natura Rośliny, tom. 3 (2017): 17057. Nature.com. Sieć. 27 lutego 2018.
- Eape, D. Barroso, L i inni. (2005). Hydrotropizm: reakcje wzrostu korzeni na wodę. Seria stresu abiotycznego| Vol. 10 (1), (strony 44-50).
- Esmon, C. Alex i in. „Tropizmy roślinne: zapewnienie siły ruchu organizmowi siedzącemu”. International Journal of Developmental Biology, tom. 49, 2005, s. 665-674., doi:10.1387/ijdb.052028ce.
- Gilroy, S. (2008). Tropizmy roślinne. t. 18 (7).
- Stowe-Evans, Emily L. i in. „NPH4, warunkowy modulator różnicowych odpowiedzi wzrostu zależnych od auksyny u Arabidopsis”. Fizjologia roślin, tom. 118 (4), 1998, s. 1265-1275., doi: 10.1104/s.118.4.1265.
- Su, Shih-Heng. Gibbs, N. i inni. (2017). Molekularne mechanizmy grawitropizmu korzeni. t. 27 (17).
- Takahashi, Nobuyuki i in. „Hydrotropizm oddziałuje z grawitropizmem poprzez degradację amyloplastów w korzeniach sadzonek Arabidopsis i rzodkiewki”. Fizjologia roślin, tom. 132 (2), 2003, s. 805-810., doi: 10.1104/s.018853.
