В geotropismo е влиянието на гравитацията върху движението на растения. Геотропизмът идва от думите "гео", което означава земя и "тропизъм", което означава движение, причинено от стимул (Öpik & Rolfe, 2005).
В този случай стимулът е гравитацията и това, което се движи, е растението. Тъй като стимулът е гравитацията, този процес е известен още като гравитропизъм (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
В продължение на много години това явление буди любопитството на учените, които са изследвали как протича това движение в растенията. Много изследвания показват, че различните участъци на растението растат в противоположни посоки (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
Наблюдава се, че силата на гравитацията играе основна роля в ориентацията на частите на растението: горната част, образувана от стъблото и листата, расте нагоре (отрицателен гравитропизъм), докато долната част се състои от корени, расте надолу в посока на гравитацията (положителен гравитропизъм) (Hangarter, 1997).
Тези движения, градирани от гравитацията, гарантират, че растенията изпълняват правилно функциите си.
Горната част е ориентирана към слънчевата светлина за извършване на фотосинтеза, а долната част е ориентирана към дъното на земята, така че корените да достигнат до водата и хранителните вещества, необходими за тяхното развитие (Chen et al., 1999).
Как възниква геотропизмът?
Растенията са изключително чувствителни към околната среда, те могат да повлияят на растежа им в зависимост от сигналите, които възприемат, например: светлина, гравитация, докосване, хранителни вещества и вода (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Геотропизмът е явление, което се проявява в три фази:
Откриване: възприемането на гравитацията се осъществява от специализирани клетки, наречени статоцисти.
Трандукция и предаване: физическият стимул на гравитацията се преобразува в биохимичен сигнал, който се предава на други клетки на растението.
Отговор: рецепторните клетки растат по такъв начин, че се генерира кривина, която променя ориентацията на органа. Така корените растат надолу, а стъблата нагоре, независимо от ориентацията на растението (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Фигура 1. Пример за геотропизъм в растение. Забележете разликата в ориентацията на корените и стъблото. Редактиран от: Катрин Бриченньо.
Геотропизъм в корените
Феноменът на наклона на корена към гравитацията е изучен за първи път преди много години. В известната книга „Силата на движението в растенията“ Чарлз Дарвин съобщава, че корените на растенията са склонни да растат към гравитацията (Ge & Chen, 2016).
Гравитацията се открива на върха на корена и тази информация се предава в зоната на удължаване, за да се поддържа посоката на растеж.
Ако има промени в ориентацията по отношение на гравитационното поле, клетките реагират чрез промяна на размера си по такъв начин, че върхът на корена продължава да расте в същата посока на гравитацията, представяйки положителен геотропизъм (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup, 2017; Wolverton et al., 2011).
Дарвин и Сиезилски показаха, че на върха на корените има структура, необходима за възникването на геотропизма, те нарекоха тази структура „капачка“.
Те постулират, че капачката отговаря за откриването на промени в ориентацията на корените по отношение на силата на гравитация (Chen et al., 1999).
По-късни изследвания показаха, че в капачката има специални клетки, които утаяват в посока на гравитацията, тези клетки се наричат статоцисти.
Статоцистите съдържат каменни структури, наричат се амилопласти, защото са пълни с нишесте. Амилопластите, тъй като са много плътни, утаяват точно на върха на корените (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
От последните проучвания в клетъчната и молекулярната биология разбирането на механизма, който управлява коренния геотропизъм, се подобри.
Доказано е, че този процес изисква транспорт на хормон на растежа, наречен ауксин, този транспорт е известен като поларен транспорт на ауксин (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
Това е описано през 20-те години на миналия век в модела Cholodny-Went, който предлага кривините на растежа да се дължат на неравномерно разпределение на ауксините (Öpik & Rolfe, 2005).
Геотропизъм в стъблата
Подобен механизъм се среща в стъблата на растенията с тази разлика, че клетките им реагират различно на ауксин.
В издънките на стъблата увеличаването на локалната концентрация на ауксин насърчава разширяването на клетките; обратното се случва в кореновите клетки (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Диференциалната чувствителност към ауксин помага да се обясни първоначалното наблюдение на Дарвин, че стъблата и корените реагират по обратния начин на гравитацията. И в корените, и в стъблата, ауксинът се натрупва към гравитацията, от долната страна.
Разликата е, че стволовите клетки реагират по обратния начин на кореновите клетки (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
В корените клетъчната експанзия се инхибира от долната страна и се образува кривина към гравитацията (положителен гравитропизъм).
В стъблата ауксинът се натрупва и от долната страна, но разрастването на клетките се увеличава и води до кривината на стъблото в обратна посока спрямо гравитацията (отрицателен гравитропизъм) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Препратки
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). Гравитропизъм във висшите растения. Растителна физиология, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Отрицателен гравитропизъм в корените на растенията. Природни растения, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Гравитация, светлина и растителна форма. Растение, клетки и околна среда, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH,… Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: Модел за изследване на кореново-стрелящ гравитропизъм (стр. 1–24).
- Морита, МТ (2010). Насочване на гравитацията при гравитропизъм. Годишен преглед на биологията на растенията, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Физиологията на цъфтящите растения. (CU Press, Ed.) (4-то изд.).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Нови познания за коренната гравитропна сигнализация. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L., и Zeiger, E. (2002). Физиология на растенията (3-то изд.). Sinauer Associates.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Гравитропизъм и механична сигнализация в растенията. American Journal of Botany, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM, & Toska, J. (2011). Ъгълът на коренната капачка и степента на гравитропна реакция са несъединени в мутанта Arabidopsis pgm-1. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.