Понимание тропизмов растений

Растения, как животные и другие организмы, должны приспосабливаться к своей постоянно меняющейся среде. В то время как животные могут переезжать с одного места на другое, когда условия окружающей среды становятся неблагоприятными, растения не могут делать то же самое. Сидячие (неспособные двигаться) растения должны находить другие способы справиться с неблагоприятными условиями окружающей среды. Тропизмы растений – это механизмы, с помощью которых растения адаптируются к изменениям окружающей среды. Тропизм – это рост к стимулу или от него. Общие раздражители, влияющие на рост растений, включают свет, гравитацию, воду и прикосновение. Тропизмы растений отличаются от других движений, генерируемых стимулами, таких как настические движения , тем, что направление реакции зависит от направления стимула. Настиательные движения, такие как движение листьев у хищных растений, инициируются стимулом, но направление стимула не является фактором реакции.

Тропизмы растений являются результатом дифференциальный рост . Этот тип роста происходит, когда клетки в одной области органа растения, такой как ствол или корень, растут быстрее, чем клетки в противоположной области. Дифференциальный рост клеток направляет рост органа (стебля, корня и т. Д.) И определяет направленный рост всего растения. Считается, что гормоны растений, такие как ауксины , помогают регулировать дифференцированный рост органа растения, заставляя растение искривляться или изгибаться в ответ на раздражитель. Рост в направлении стимула известен как положительный тропизм , а рост в направлении от стимула известен как отрицательный тропизм . Общие тропические реакции растений включают фототропизм, гравитропизм, тигмотропизм, гидротропизм, термотропизм и хемотропизм.

Фототропизм

Фототропизм – это направленный рост организма в ответ на свет. Рост к свету или положительный тропизм демонстрируют многие сосудистые растения, такие как покрытосеменные, голосеменные и папоротники. Стебли этих растений демонстрируют положительный фототропизм и растут в направлении источника света. Фоторецепторы в растительных клетках улавливают свет, а растительные гормоны, такие как ауксины, направляются на ту сторону стебля, которая дальше всего от света. Накопление ауксинов на затененной стороне ствола заставляет клетки в этой области удлиняться с большей скоростью, чем клетки на противоположной стороне ствола. В результате стержень изгибается в направлении от стороны накопленных ауксинов к направлению света. Стебли и листья растений демонстрируют положительный фототропизм , в то время как корни (в основном находящиеся под действием силы тяжести), как правило, демонстрируют отрицательный фототропизм .. Поскольку органеллы, проводящие фотосинтез, известные как хлоропласты, больше всего сконцентрированы в листьях, важно, чтобы эти структуры имели доступ к солнечному свету. И наоборот, корни поглощают воду и минеральные питательные вещества, которые с большей вероятностью могут быть получены под землей. Реакция растений на свет помогает гарантировать получение жизненно важных ресурсов.

Гелиотропизм – это тип фототропизма, при котором определенные структуры растений, обычно стебли и цветы, следуйте по пути солнца с востока на запад, когда оно движется по небу. Некоторые гелотропные растения также могут поворачивать свои цветы обратно на восток ночью, чтобы убедиться, что они смотрят в сторону солнца, когда оно встает. Эта способность отслеживать движение солнца наблюдается у молодых растений подсолнечника. По мере взросления эти растения теряют свою гелиотропную способность и остаются обращенными на восток. Гелиотропизм способствует росту растений и повышает температуру цветов, обращенных на восток. Это делает гелиотропные растения более привлекательными для опылителей.

Тигмотропизм

Тигмотропизм описывает рост растений в ответ на прикосновение или контакт с твердым предметом. Положительный тигмостропизм демонстрируют вьющиеся растения или виноградные лозы, у которых есть специализированные структуры, называемые усиками . Усик – это нитевидный отросток, используемый для двойникования твердых структур. Видоизмененный лист, стебель или черешок растения может быть усиком. Когда усик растет, он вращается. Наконечник изгибается в разных направлениях, образуя спирали и неправильные круги. Движение растущего усика кажется почти таким, как будто растение ищет контакта. Когда усик соприкасается с объектом, сенсорные эпидермальные клетки на поверхности усика стимулируются. Эти клетки сигнализируют усикам, чтобы они наматывались вокруг объекта.

Скручивание усиков является результатом дифференциального роста, поскольку клетки, не контактирующие со стимулом, удлиняются быстрее, чем клетки, контактирующие со стимулом. Как и в случае с фототропизмом, ауксины участвуют в дифференциальном росте усиков. Большая концентрация гормона накапливается на стороне усика, не контактирующей с объектом. Плетение усика прикрепляет растение к объекту, обеспечивая опору для растения. Активность вьющихся растений обеспечивает лучшую освещенность для фотосинтеза, а также увеличивает видимость их цветов для опылителей.

Хотя усики демонстрируют положительный тигмотропизм, корни могут проявлять отрицательный тигмотропизм временами. Когда корни уходят в землю, они часто растут в направлении от объекта. На рост корней в первую очередь влияет сила тяжести, и корни, как правило, растут под землей и вдали от поверхности.. Когда корни соприкасаются с объектом, они часто меняют свое направление вниз в ответ на контактный раздражитель. Избегание предметов позволяет корням беспрепятственно прорастать сквозь почву и увеличивает их шансы на получение питательных веществ.

Гравитропизм

Гравитропизм или геотропизм это рост в ответ на гравитацию. Гравитропизм очень важен для растений, поскольку он направляет рост корней в сторону силы тяжести (положительный гравитропизм) и рост стебля в противоположном направлении (отрицательный гравитропизм). Ориентацию системы корней и побегов растения под действием силы тяжести можно наблюдать на стадиях прорастания проростка. Когда зародышевый корень выходит из семени, он растет вниз в направлении силы тяжести. Если посевной материал повернуть так, чтобы корень был направлен вверх от почвы, корень изогнется и переориентируется обратно в направлении действия силы тяжести. И наоборот, развивающийся побег ориентируется против силы тяжести для роста вверх.

Корневой покров – это то, что ориентирует кончик корня по направлению силы тяжести. Считается, что за восприятие силы тяжести отвечают специализированные клетки в корневой крышке, называемые статоцитами . Статоциты также находятся в стеблях растений и содержат органеллы, называемые амилопластами. Амилопласты функционируют как хранилища крахмала. Плотные зерна крахмала вызывают осаждение амилопластов в корнях растений под действием силы тяжести. Седиментация амилопластов побуждает корневую оболочку посылать сигналы в область корня, называемую зоной удлинения . Клетки в зоне растяжения отвечают за рост корней. Активность в этой области приводит к дифференциальному росту и искривлению корня, направляя рост вниз под действием силы тяжести. Если корень перемещается таким образом, чтобы изменить ориентацию статоцитов, амилопласты вернутся в самую нижнюю точку клеток. Изменения положения амилопластов воспринимаются статоцитами, которые затем сигнализируют о зоне удлинения корня, чтобы отрегулировать направление кривизны.

Ауксины также играют роль в направленном росте растений в ответ на силу тяжести. Накопление ауксинов в корнях замедляет рост. Если растение положить горизонтально на бок, не подвергая воздействию света, ауксины будут накапливаться на нижней стороне корней, что приведет к замедлению роста на этой стороне и искривлению корня вниз. В этих же условиях стебель растения будет проявлять отрицательный гравитропизм . Гравитация заставит ауксины накапливаться на нижней стороне стебля, что заставит клетки на этой стороне удлиняться с большей скоростью, чем клетки на противоположной стороне. В результате побег загнется вверх..

Гидротропизм

Гидротропизм – это направленный рост в ответ на концентрацию воды. Этот тропизм важен для растений для защиты от засухи посредством положительного гидротропизма и от перенасыщения водой через отрицательный гидротропизм. Особенно важно, чтобы растения в засушливых биомах могли реагировать на концентрацию воды. В корнях растений ощущаются градиенты влажности. Клетки на стороне корня, ближайшей к источнику воды, растут медленнее, чем клетки на противоположной стороне. Растительный гормон абсцизовая кислота (ABA) играет важную роль в индукции дифференциального роста в зоне удлинения корня. Этот дифференцированный рост заставляет корни расти в направлении воды.

Прежде чем корни растений смогут проявить гидротропизм, они должны преодолеть свои гравитрофические тенденции. Это означает, что корни должны стать менее чувствительными к силе тяжести. Исследования, проведенные по взаимодействию между гравитропизмом и гидротропизмом у растений, показывают, что воздействие градиента воды или недостаток воды может побудить корни проявлять гидротропизм над гравитропизмом. В этих условиях количество амилопластов в статоцитах корня уменьшается. Меньшее количество амилопластов означает, что корни менее подвержены осаждению амилопластов. Уменьшение количества амилопластов в корневых покровах помогает корням преодолевать силу тяжести и двигаться в ответ на влагу. Корни в хорошо увлажненной почве содержат больше амилопластов в корневых шапках и гораздо сильнее реагируют на силу тяжести, чем на воду.

Другие тропизмы растений

Два других типа тропизмов растений включают термотропизм и хемотропизм. Термотропизм – это рост или движение в ответ на жару или изменения температуры, а хемотропизм – это рост в ответ на химические вещества. Корни растений могут проявлять положительный термотропизм в одном температурном диапазоне и отрицательный термотропизм в другом температурном диапазоне.

Корни растений также являются очень хемотропными органами, поскольку они могут положительно или отрицательно реагировать на присутствие определенных химических веществ в окружающей среде. почва. Хемотропизм корней помогает растению получить доступ к богатой питательными веществами почве для ускорения роста и развития. Опыление цветковых растений – еще один пример положительного хемотропизма. Когда пыльцевое зерно попадает на женскую репродуктивную структуру, называемую рыльцем, пыльцевое зерно прорастает, образуя пыльцевую трубку. Рост пыльцевой трубки направлен к яичнику за счет испускания химических сигналов из яичника.

Источники

  • Атамян, Хагоп С. и др.. «Циркадная регуляция гелиотропизма подсолнечника, ориентация растений и посещения опылителей». Science , Американская ассоциация развития науки, 5 августа 2016 г., science.sciencemag.org/content/353/6299/587.full.
  • Чен, Руджин и др. «Гравитропизм высших растений». Физиология растений , т. 120 (2), 1999, стр. 343-350., DOI: 10.1104/pp.120.2.343.
  • Дитрих, Даниэла и др. «Корневой гидротропизм контролируется с помощью механизма роста коры головного мозга». Природные растения , т. 3 (2017): 17057. Nature.com. Интернет. 27 февраля 2018 г.
  • Эсмон, К. Алекс и др. «Тропизмы растений: обеспечение силы движения сидячему организму». Международный журнал биологии развития , вып. 49, 2005, стр. 665–674., DOI: 10.1387/ijdb.052028ce.
  • Stowe-Evans, Emily L., et al. «NPH4, условный модулятор ауксин-зависимых дифференциальных реакций роста у Arabidopsis». Физиология растений , т. 118 (4), 1998, стр. 1265-1275., DOI: 10.1104/pp.118.4.1265.
  • Такахаши, Нобуюки и др. «Гидротропизм взаимодействует с гравитропизмом, разрушая амилопласты в корнях проростков арабидопсиса и редиса». Физиология растений , т. 132 (2), 2003, стр. 805-810., DOI: 10.1104/pp.018853.
Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий