Co je to Geotropism nebo Gravitropism?



geotropism je to vliv gravitace na pohyb rostlin. Geotropism pochází ze slov "geo", což znamená zem a "tropismus", což znamená pohyb vyvolaný podnětem (Öpik & Rolfe, 2005).

V tomto případě je stimulem gravitace a to, co se pohybuje, je rostlina. Protože podnět je gravitace, tento proces je také známý jako gravitropism (Chen, Rosen, & Masson, 1999, Hangarter, 1997).

Po mnoho let tento jev vzbudil zvědavost vědců, kteří zkoumali, jak se tento pohyb vyskytuje v rostlinách.

Mnohé studie ukázaly, že různé oblasti rostliny rostou opačným směrem (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013)..

Bylo pozorováno, že gravitační síla hraje zásadní roli v orientaci částí rostliny: horní část, tvořená stonkem a listy, roste vzhůru (negativní gravitropismus), zatímco spodní zóna tvořená kořeny, roste dolů ve směru gravitace (pozitivní gravitropismus) (Hangarter, 1997).

Tyto pohyby zprostředkované gravitací zajišťují, že rostliny plní své funkce správně.

Horní část je orientována na sluneční světlo, aby provedla fotosyntézu, a spodní část je orientována směrem ke dnu země, takže kořeny mohou dosáhnout vody a živin nezbytných pro její vývoj (Chen et al., 1999 ).

Jak dochází k geotropismu??

Rostliny jsou extrémně citlivé na životní prostředí, mohou ovlivnit jejich růst v závislosti na signálech, které vnímají, například: světlo, gravitace, dotek, živiny a voda (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).

Geotropism je fenomén, který se vyskytuje ve třech fázích:

  1. Detekce: vnímání gravitace provádějí specializované buňky zvané statocysty.

  2. Převod a přenosFyzický stimul gravitace je převeden na biochemický signál, který je přenášen do jiných buněk rostliny.

  3. Odpověď: buňky příjemce rostou takovým způsobem, že se vytvoří zakřivení, které mění orientaci orgánu. Kořeny rostou směrem dolů a stonky vzhůru, bez ohledu na orientaci rostliny (Masson et al., 2002, Toyota & Gilroy, 2013).

Obrázek 1. Příklad geotropismu v rostlině. Všimněte si rozdílu v orientaci kořenů a stonku. Editoval: Katherine Briceño.

Geotropism v kořenech

Fenomén naklonění kořene směrem k gravitaci byl poprvé studován před mnoha lety. Ve slavné knize "Síla pohybu v rostlináchCharles Darwin uvedl, že kořeny rostlin mají tendenci růst směrem k gravitaci (Ge & Chen, 2016).

Gravitace je detekována na špičce kořene a tato informace je přenášena do zóny prodloužení, aby byl zachován směr růstu.

Pokud dojde ke změnám orientace vzhledem k gravitačnímu poli, buňky reagují změnou velikosti, takže hrot kořene stále roste ve stejném směru gravitace, což představuje pozitivní geotropismus (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup , 2017; Wolverton et al., 2011).

Darwin a Ciesielski ukázali, že na špičce kořenů byla struktura, která byla nezbytná pro geotropism, tato struktura se nazývala "cap".

Předpokládali, že čepice je zodpovědná za detekci změn v orientaci kořenů s ohledem na gravitační sílu (Chen et al., 1999)..

Pozdější studie ukázaly, že v čepici jsou speciální buňky, které sedimentují ve směru gravitace, tyto buňky se nazývají statocysty.

Statocysty obsahují struktury podobné kamenům, nazývají se amyloplasty, protože jsou plné škrobu. Hustě zabalené amyloplasty se usadí přímo na špičce kořenů (Chen et al., 1999, Sato et al., 2017, Wolverton et al., 2011).

Z nedávných studií buněčné a molekulární biologie se zlepšilo pochopení mechanismu, který řídí kořenovou geotropii.

Ukázalo se, že tento proces vyžaduje transport růstového hormonu nazývaného auxin, uvedený transport je znám jako polární transport auxinů (Chen et al., 1999, Sato et al., 2017)..

To bylo popsáno ve dvacátých letech minulého století v modelu Cholodny-Went, který navrhuje, aby růstové zakřivení bylo způsobeno nerovnoměrným rozdělením auxinů (Öpik & Rolfe, 2005)..

Geotropism ve stoncích

Podobný mechanismus se vyskytuje v kmenech rostlin, s tím rozdílem, že jejich buňky reagují odlišně na auxin.

Ve výhonech stonků zvyšuje lokální koncentrace auxinu expanzi buněk; opak se stane s buňkami kořene (Morita, 2010; Taiz a Zeiger, 2002).

Rozdílná citlivost na auxin pomáhá vysvětlit Darwinovo původní pozorování, že stonky a kořeny reagují opačným způsobem než gravitace. V kořenech i stoncích se auxin hromadí směrem k gravitaci na spodní straně.

Rozdíl je v tom, že kmenové buňky reagují opačně na kořenové buňky (Chen et al., 1999, Masson et al., 2002).

V kořenech je expanze buněk inhibována na spodní straně a vzniká zakřivení směrem k gravitaci (pozitivní gravitropismus).

V stoncích se na spodní straně také akumuluje auxin, zvětšuje se však expanze buněk a dochází k zakřivení stonku v opačném směru než gravitace (negativní gravitropismus) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Zeiger, 2002).

Odkazy

  1. Chen, R., Rosen, E., & Masson, P. H. (1999). Gravitropism ve vyšších rostlinách. Plant Physiology, 120, 343-350.
  2. Ge, L., & Chen, R. (2016). Negativní gravitropism v kořenech rostlin. Nature Plants, 155, 17-20.
  3. Hangarter, R. P. (1997). Forma gravitace, světla a rostliny. 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 studia kořenů a gravitropismu střílení (str. 1-24).
  5. Morita, M. T. (2010). Směrové gravitační snímání v gravitropismu. Výroční přehled Plant Biology, 61, 705-720.
  6. Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Fyziologie kvetoucích rostlin. (C. U. Press, Ed.) (4. vydání).
  7. Sato, E. M., Hijazi, H., Bennett, M. J., Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Nové pohledy do kořenové gravitropické signalizace. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155-2165.
  8. Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Plant Physiology (3. vydání). Sinauer Associates.
  9. Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Gravitropism a mechanická signalizace v rostlinách. American Journal of Botany, 100 (1), 111-125.
  10. Wolverton, C., Paya, A.M., & Toska, J. (2011). U kořenů Arabidopsis pgm-1 se nespojí úhel kořenového čepu a gravitační odezva. Physiology Plantarum, 141, 373-382.