Geotropismo on painovoiman vaikutuksesta liikkumisen kasveja. Geotropismi tulee sanoista "geo", joka tarkoittaa maata, ja "tropism", joka tarkoittaa ärsykkeen aiheuttamaa liikettä (Öpik & Rolfe, 2005).
Tässä tapauksessa ärsyke on painovoima ja mikä liikkuu, on kasvi. Koska ärsyke on painovoima, tämä prosessi tunnetaan myös nimellä gravitropismi (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Monien vuosien ajan tämä ilmiö on herättänyt uteliaisuutta tutkijoille, jotka ovat tutkineet, miten tämä liike tapahtuu kasveissa. Monet tutkimukset ovat osoittaneet, että kasvien eri alueet kasvavat vastakkaisiin suuntiin (Chen ym., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
On havaittu, että painovoimalla on keskeinen rooli kasvin osien suunnassa: varren ja lehtien muodostama yläosa kasvaa ylöspäin (negatiivinen gravitropismi), kun taas alempi osa koostuu kasvin osista. juuret, kasvaa alaspäin painovoiman suuntaan (positiivinen gravitropismi) (Hangarter, 1997).
Nämä painovoiman välittämät liikkeet varmistavat, että kasvit suorittavat tehtävänsä kunnolla.
Yläosa on suunnattu auringonvaloon fotosynteesin suorittamiseksi ja alaosa on suunnattu maan pohjaan, jotta juuret pääsevät kehitykseen tarvittavaan veteen ja ravinteisiin (Chen et al., 1999).
Kuinka geotropismi esiintyy?
Kasvit ovat erittäin herkkiä ympäristölle, nämä voivat vaikuttaa niiden kasvuun riippuen signaaleista, joita he havaitsevat, esimerkiksi: valo, painovoima, kosketus, ravinteet ja vesi (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Geotropismi on ilmiö, joka esiintyy kolmessa vaiheessa:
Detektio: Painovoiman havaitseminen tapahtuu erikoistuneilla soluilla, joita kutsutaan statokysteiksi.
Transduktio ja siirto: Painovoiman fysikaalinen ärsyke muunnetaan biokemialliseksi signaaliksi, joka välittyy kasvien muihin soluihin.
Vastaus: reseptorisolut kasvavat siten, että syntyy kaarevuus, joka muuttaa elimen suuntaa. Siksi juuret kasvavat alaspäin ja varret ylöspäin kasvin suunnasta riippumatta (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Kuva 1. Esimerkki kasvin geotropismista. Huomaa ero juurten ja varren suunnassa. Toimittanut: Katherine Briceño.
Geotropismi juurissa
Juuren taipumusta ilmaan, joka kohdistui painovoimaan, tutkittiin ensimmäistä kertaa monta vuotta sitten. Charles Darwin kertoi kuuluisassa kirjassaan "Kasvien liikkumisen voima", että kasvien juuret kasvavat yleensä kohti painovoimaa (Ge & Chen, 2016).
Painovoima havaitaan juuren kärjessä ja tämä tieto välitetään pidentymisvyöhykkeelle kasvusuunnan ylläpitämiseksi.
Jos orientaatiossa tapahtuu muutoksia painovoimakentän suhteen, solut reagoivat muuttamalla kokoaan siten, että juuren kärki kasvaa edelleen samaan painovoiman suuntaan esittäen positiivista geotropismia (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg ja Swarup), 2017; Wolverton et ai., 2011).
Darwin ja Ciesielski osoittivat, että juurten kärjessä oli rakenne, joka oli välttämätön geotropismin esiintymiselle, he kutsuivat tätä rakennetta "korkiksi".
He postuloivat, että korkki oli vastuussa juurien suunnan muutosten havaitsemisesta suhteessa painovoimaan (Chen et ai., 1999).
Myöhemmät tutkimukset osoittivat, että korkissa on erityisiä soluja, jotka laskeutuvat painovoiman suuntaan, näitä soluja kutsutaan statokysteiksi.
Statokystat sisältävät kivimaisia rakenteita, niitä kutsutaan amyloplastoiksi, koska ne ovat täynnä tärkkelystä. Hyvin tiheät amyloplastat ovat sedimenttejä juuri juurten päässä (Chen et ai., 1999; Sato ym., 2017; Wolverton ym., 2011).
Viimeaikaisissa solu- ja molekyylibiologian tutkimuksissa on ymmärretty mekanismista, joka ohjaa juurten geotropismia.
Tämän prosessin on osoitettu vaativan kasvuhormonin, joka on nimeltään auksiini, kuljettaminen, tämä kuljetus tunnetaan polaarisen auksiinin kuljetuksena (Chen et ai., 1999; Sato ym., 2017).
Tätä kuvailtiin 1920-luvulla Cholodny-Went-mallissa, jossa esitetään, että kasvukäyrät johtuvat auksiinien epätasaisesta jakautumisesta (Öpik & Rolfe, 2005).
Varren geotropismi
Samanlainen mekanismi esiintyy kasvien varroissa sillä erolla, että niiden solut reagoivat eri tavoin auksiiniin.
Varren versoissa auksiinin paikallisen pitoisuuden lisääminen edistää solujen laajentumista; juurisoluissa tapahtuu päinvastoin (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Eroherkkyys auksiinille auttaa selittämään Darwinin alkuperäisen havainnon, jonka mukaan varret ja juuret reagoivat päinvastaisella tavalla painovoimaan. Sekä juurissa että varressa auksiini kertyy painovoimaa kohti alapuolelle.
Ero on siinä, että kantasolut reagoivat päinvastaisella tavalla juurisoluihin (Chen et ai., 1999; Masson et ai., 2002).
Juurissa solujen laajentuminen estetään alapuolella ja muodostuu kaarevuus kohti painovoimaa (positiivinen gravitropismi).
Varsiin auksiini kerääntyy myös alapintaan, mutta solujen laajentuminen kasvaa ja johtaa varren kaarevuuteen vastakkaiseen suuntaan kuin painovoimaan (negatiivinen gravitropismi) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Viitteet
- Chen, R., Rosen, E., ja Masson, PH (1999). Gravitropismi korkeissa kasveissa. Plant Physiology, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Negatiivinen gravitropismi kasvien juurissa. Luontokasvit, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Painovoima, valo ja kasvien muoto. Kasvi, solu ja ympäristö, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH,… Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: Malli juurten ja ampumisen gravitropismin tutkimukselle (s. 1–24).
- Morita, MT (2010). Suuntainen painovoiman havaitseminen gravitropismissa. Kasvibiologian vuosikatsaus, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Kukkakasvien fysiologia. (CU Press, toim.) (4. painos).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Uusia käsityksiä juurten gravitrooppisesta signaloinnista. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L., ja Zeiger, E. (2002). Kasvien fysiologia (3. painos). Sinauer Associates.
- Toyota, M., ja Gilroy, S. (2013). Gravitropismi ja mekaaniset merkinannot kasveissa. American Journal of Botany, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM, ja Toska, J. (2011). Juurikannen kulma ja gravitrooppinen vasteaste on kytketty Arabidopsis pgm-1 -mutantissa. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.