Какво е геотропизъм или гравитропизъм?

Геотропизмът е влиянието на гравитацията върху движението на растенията. Геотропизмът идва от думите "geo", което означава земя и "тропизъм", което означава движение, провокирано 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 също като гравитропизъм (Chen, Rosen, & Masson, 1999, Hangarter, 1997).

В продължение на много години този феномен предизвиква любопитството на учените, които изследват как това движение се случва в растенията. Много изследвания показват, че различните зони на растението растат в противоположни посоки (Chen et al., 1999, Morita, 2010, Toyota & Gilroy, 2013).

Установено е, 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 зона, съставена от Корени, тя расте надолу по посока на гравитацията (положителна гравитропия) (Hangarter, 1997).

Тези движения, медиирани от гравитацията, гарантират, че растенията изпълняват функциите си правилно.

Горната част е ориентирана към слънчевата светлина за осъществяване на фотосинтеза, а долната част е ориентирана към дъното на земята, така че корените могат да достигнат водата и хранителните вещества, необходими за нейното развитие (Chen et al., 1999). ).

Как се случва геотропизмът?

Растенията са изключително чувствителни към околната среда, те могат да повлияят на техния растеж в зависимост от сигналите, които възприемат, например: светлина, гравитация, допир, хранителни вещества и вода (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).

Геотропизмът е явление, което се проявява в три фази:

1. Откриване : възприемането на гравитацията се извършва от специализирани клетки, наречени статични.

2. Трансдукция и предаване : физическият стимул на гравитацията се превръща в биохимичен сигнал, който се предава на други клетки на растението.

3. Отговор : клетките на реципиента растат по такъв начин, че се създава 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. Обърнете внимание на разликата в ориентацията на корените и стъблото. Редактирано от: Katherine Briceño.

Геотропизъм в корените

Феноменът на наклона на корена към гравитацията е изследван 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 полето на гравитацията, клетките реагират чрез промяна на техния размер по такъв начин, че върхът на корена продължава да расте в същата посока на тежестта, като представя позитивен геотропизъм (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup)., 2017; Wolverton et al., 2011).

Дарвин и Ciesielski показаха, че на върха на корените има структура, необходима за възникване на геотропизъм, тази структура се нарича "шапка".

Постулираха, че капачката е отговорна за откриването на промени в ориентацията на корените по отношение на силата на гравитацията (Chen et al., 1999).

По-късните изследвания показват, че в шапката има специални клетки, които се утаяват по посока на гравитацията, тези клетки се наричат ​​статоцисти.

Статоцитите съдържат структури, подобни на камъни, те се наричат ​​амилопласти, защото са пълни с нишесте. Гъсто опакованите амилопласти се утаяват точно на върха на корените (Chen et al., 1999, Sato et al., 2017, Wolverton et al., 2011).

От последните проучвания на клетъчната и молекулярната биология е подобрено разбирането на механизма, който управлява геотропията на корените.

Доказано е, че този процес изисква транспортиране на растежен хормон, наречен ауксин, като споменатият транспорт е известен като полярния ауксинов транспорт (Chen et al., 1999, Sato et al., 2017).

Това е описано през 20-те години в модела на Холодни-Уент, който предполага, че кривите на растежа се дължат на неравномерно разпределение на ауксините (Öpik & Rolfe, 2005).

Геотропизъм в стъблата

Подобен механизъм се появява в стъблата на растенията, с разликата, че техните клетки реагират по различен начин на ауксин.

При издънките на стъблата увеличаването на локалната концентрация на ауксин стимулира клетъчната експанзия; обратното се случва с клетките на корена (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).

Различната чувствителност към ауксин помага да се обясни първоначалното наблюдение на Дарвин, че стъблата и корените реагират по обратен начин на гравитацията. В двата корена и стъблата, ауксин се натрупва към гравитацията, от долната страна.

Разликата е, че стволовите клетки реагират противоположно на кореновите клетки (Chen et al., 1999, Masson et al., 2002).

В корените, клетъчната експанзия е потисната от долната страна и се образува кривината към гравитацията (положителен гравитропизъм).

В стъблата, ауксин също се натрупва от долната страна, обаче, клетъчното разширяване се увеличава и води до изкривяване на стъблото в обратна посока на гравитацията (отрицателен гравитропизъм) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Zeiger, 2002).