Geotropismo ir ietekme smaguma apritei augiem. Ģeotropisms nāk no vārdiem "geo", kas nozīmē zemi, un "tropism", kas nozīmē kustību, ko izraisa stimuls (Öpik & Rolfe, 2005).
Šajā gadījumā stimuls ir smagums, un tas, kas pārvietojas, ir augs. Tā kā stimuls ir gravitācija, šo procesu sauc arī par gravitropismu (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Daudzus gadus šī parādība ir izraisījusi zinātnieku interesi, kuri ir izpētījuši, kā šī kustība notiek augos. Daudzi pētījumi ir parādījuši, ka dažādi auga apgabali aug pretējos virzienos (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
Ir novērots, ka gravitācijas spēkam ir galvenā loma augu daļu orientācijā: augšējā daļa, ko veido kāts un lapas, aug uz augšu (negatīvs gravitropisms), bet apakšējā daļa sastāv no saknes, aug lejup gravitācijas virzienā (pozitīvs gravitropisms) (Hangarter, 1997).
Šīs kustības, kuras ietekmē gravitācija, nodrošina, ka augi pareizi pilda savas funkcijas.
Augšējā daļa ir orientēta uz saules gaismu, lai veiktu fotosintēzi, un apakšējā - orientēta uz zemes dibenu, lai saknes varētu sasniegt ūdeni un uzturvielas, kas nepieciešami to attīstībai (Chen et al., 1999) ).
Kā notiek ģeotropisms?
Augi ir ārkārtīgi jutīgi pret vidi, tie var ietekmēt to augšanu atkarībā no uztvertajiem signāliem, piemēram: gaisma, smagums, pieskāriens, barības vielas un ūdens (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Ģeotropisms ir parādība, kas notiek trīs fāzēs:
Noteikšana : smaguma uztveri veic specializētas šūnas, kuras sauc par statocistām.
Transdukcija un pārraide : smaguma fiziskais stimuls tiek pārveidots par bioķīmisko signālu, ko pārraida uz citām auga šūnām.
Atbilde : receptoru šūnas aug tādā veidā, ka tiek izveidots izliekums, kas maina orgāna orientāciju. Tādējādi saknes aug uz leju un stublāji uz augšu, neatkarīgi no auga orientācijas (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
1. attēls. Ģeotropisma piemērs augā. Ņemiet vērā atšķirību sakņu un stublāja orientācijā. Rediģēja: Katherine Briceño.
Ģeotropisms saknēs
Saknes slīpuma gravitācijas fenomens pirmo reizi tika pētīts pirms daudziem gadiem. Slavenajā grāmatā “Kustību spēks augos” Čārlzs Darvins ziņoja, ka augu saknēm ir tendence pieaugt gravitācijas virzienā (Ge & Chen, 2016).
Saknes galā tiek noteikts smagums, un šī informācija tiek nosūtīta uz pagarinājuma zonu, lai saglabātu augšanas virzienu.
Ja ir izmaiņas orientācijā attiecībā uz gravitācijas lauku, šūnas reaģē, mainot to lielumu, tādā veidā, ka saknes gals turpina augt tajā pašā smaguma virzienā, parādot pozitīvu ģeotropismu (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg un Swarup , 2017; Wolverton et al., 2011).
Darvins un Ciesielski pierādīja, ka sakņu galā ir struktūra, kas nepieciešama, lai notiktu ģeotropisms, viņi sauca šo struktūru par "vāciņu".
Viņi postulēja, ka vāciņš bija atbildīgs par sakņu orientācijas izmaiņu noteikšanu attiecībā uz gravitācijas spēku (Chen et al., 1999).
Vēlāki pētījumi parādīja, ka vāciņā ir īpašas šūnas, kas nogulsnējas gravitācijas virzienā, šīs šūnas sauc par statocistām.
Statocisti satur akmenim līdzīgas struktūras, tos sauc par amiloplastiem, jo tie ir pilni ar cieti. Amyloplasts, kas ir ļoti blīvi, nogulšņi tieši sakņu galā (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
Kopš nesenajiem pētījumiem šūnu un molekulārajā bioloģijā ir uzlabojusies izpratne par sakņu ģeotropismu regulējošo mehānismu.
Ir pierādīts, ka šim procesam ir nepieciešams transportēt augšanas hormonu, ko sauc par auksīnu, šo transportu sauc par polārā auksīna transportu (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
Tas tika aprakstīts 1920. gados Cholodny-Went modelī, kurā ierosināts, ka augšanas izliekumi ir saistīti ar nevienmērīgu auksīnu sadalījumu (Öpik & Rolfe, 2005).
Ģeotropisms kātiem
Līdzīgs mehānisms rodas augu stublājos ar atšķirību, ka viņu šūnas atšķirīgi reaģē uz auksīnu.
Kātu dzinumos, palielinot auksīna lokālo koncentrāciju, tiek veicināta šūnu paplašināšanās; sakņu šūnās notiek tieši pretēji (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Diferenciālā jutība pret auksīnu palīdz izskaidrot Darvina sākotnējo novērojumu, ka stublāji un saknes gravitācijai reaģē pretēji. Gan saknēs, gan stublājā auksīns uzkrājas gravitācijas virzienā, apakšā.
Atšķirība ir tā, ka cilmes šūnas pret sakņu šūnām reaģē pretēji (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
Saknēs apakšējā daļā tiek kavēta šūnu paplašināšanās un tiek izveidots izliekums pret smagumu (pozitīvs gravitropisms).
Kātiņos auksīns uzkrājas arī apakšpusē, tomēr palielinās šūnu izplešanās un rodas stublāja izliekums pretējā virzienā gravitācijai (negatīvs gravitropisms) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeigers, 2002).
Atsauces
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). Gravitropisms augstākajos augos. Augu fizioloģija, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Negatīvs gravitropisms augu saknēs. Dabas augi, 155., 17. – 20.
- Hangarters, RP (1997). Smaguma, gaismas un augu forma. Augi, šūnas un vide, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH, … Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: sakņu un dzinumu gravitropisma izpētes modelis (1. – 24. Lpp.).
- Morita, MT (2010). Virziena gravitācijas noteikšana gravitropismā. Gada pārskats par augu bioloģiju, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Ziedošo augu fizioloģija. (CU Press, ed.) (4. izdevums).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Jaunas atziņas sakņu gravitropiskajā signalizācijā. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taizs, L., un Zeigers, E. (2002). Augu fizioloģija (3. izdevums). Sinauer Associates.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Gravitropisms un mehāniskā signalizācija augos. American Journal of Botany, 100 (1), 111. – 125.
- Wolverton, C., Paya, AM, & Toska, J. (2011). Saknes vāciņa leņķis un gravitropiskās reakcijas ātrums ir atkabināti mutantā Arabidopsis pgm-1. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.