Izpratne par augu tropismiem
Fototropisms ir augu daļu lieces augšanas kustība, reaģējot uz gaismas stimulu. Ketlina Meloana/Stouna/Getty Images
Augi , tāpat kā dzīvniekiem un citiem organismiem, ir jāpielāgojas to pastāvīgi mainīgajai videi. Kamēr dzīvnieki spēj pārvietoties no vienas vietas uz citu, kad vides apstākļi kļūst nelabvēlīgi, augi to nespēj. Tā kā augi ir sēdoši (nespēj pārvietoties), tiem ir jāatrod citi veidi, kā rīkoties ar nelabvēlīgiem vides apstākļiem. Augu tropismi ir mehānismi, ar kuriem augi pielāgojas vides izmaiņām. Tropisms ir izaugsme stimula virzienā vai prom no tā. Parastie stimuli, kas ietekmē augu augšanu, ir gaisma, gravitācija, ūdens un pieskāriens. Augu tropisms atšķiras no citām stimulu radītajām kustībām, piemēram nastiskas kustības , jo reakcijas virziens ir atkarīgs no stimula virziena. Nastiskas kustības, piemēram, lapu pārvietošana iekšā gaļēdāji augi , tiek ierosināti ar stimulu, bet stimula virziens nav atbildes faktors.
Augu tropisms ir rezultāts diferenciālā izaugsme . Šāda veida augšana notiek, ja šūnas vienā augu orgāna apgabalā, piemēram, stumbrā vai saknē, aug ātrāk nekā šūnas pretējā apgabalā. Šūnu diferenciālā augšana virza orgāna (stumbra, saknes utt.) augšanu un nosaka visa auga virziena augšanu. Augu hormoni, piemēram auksīni Tiek uzskatīts, ka tie palīdz regulēt augu orgāna atšķirīgo augšanu, liekot augam izliekties vai saliekties, reaģējot uz stimulu. Izaugsme stimula virzienā ir pazīstama kā pozitīvs tropisms , savukārt izaugsme prom no stimula ir pazīstama kā a negatīvs tropisms . Kopējās tropiskās reakcijas augos ietver fototropisms , gravitropisms, tigmotropisms, hidrotropisms, termotropisms un ķīmijtropisms.
Fototropisms
Augu hormoni virza augu ķermeņa attīstību, reaģējot uz stimulu, piemēram, gaismu. ttsz/iStock/Getty Images Plus
Fototropisms ir virzīta organisma augšana, reaģējot uz gaismu. Izaugsme pret gaismu jeb pozitīvs tropisms tiek demonstrēts daudzos vaskulārajos augos, piemēram segsēkļi , ģimnosēklas un papardes. Šo augu kātiem ir pozitīvs fototropisms un tie aug gaismas avota virzienā. Fotoreceptori iekšā augu šūnas uztver gaismu, un augu hormoni, piemēram, auksīni, tiek novirzīti uz to stublāja pusi, kas atrodas vistālāk no gaismas. Auksīnu uzkrāšanās stublāja iekrāsotajā pusē liek šūnām šajā zonā izstiepties ātrāk nekā tām, kas atrodas stublāja pretējā pusē. Rezultātā kāts izliekas virzienā prom no uzkrāto auksīnu sāniem un gaismas virzienā. Augu stublāji un lapas demonstrēt pozitīvs fototropisms , savukārt saknes (galvenokārt gravitācijas ietekmē) mēdz demonstrēt negatīvs fototropisms . Kopš fotosintēze vadošās organellas, kas pazīstamas kā hloroplasti , visvairāk koncentrējas lapās, ir svarīgi, lai šīm struktūrām būtu pieeja saules gaismai. Un otrādi, saknes darbojas, lai absorbētu ūdeni un minerālvielas, kuras, visticamāk, iegūst pazemē. Auga reakcija uz gaismu palīdz nodrošināt dzīvības saglabāšanas resursu iegūšanu.
Heliotropisms ir fototropisma veids, kurā noteiktas augu struktūras, parasti stublāji un ziedi, seko saules ceļam no austrumiem uz rietumiem, kad tā virzās pa debesīm. Daži helotropie augi var arī pagriezt savus ziedus atpakaļ uz austrumiem nakts laikā, lai nodrošinātu, ka tie ir vērsti pret sauli, kad tā lec. Šī spēja izsekot saules kustībai ir novērojama jauniem saulespuķu augiem. Kad tie kļūst nobrieduši, šie augi zaudē savu heliotropo spēju un paliek austrumu virzienā. Heliotropisms veicina augu augšanu un paaugstina austrumu virzienā vērstu ziedu temperatūru. Tas padara heliotropos augus pievilcīgākus apputeksnētājiem.
Tigmotropisms
Stīgas ir modificētas lapas, kas apvij priekšmetus, kas atbalsta augu. Tie ir tigmotropisma piemēri. Eds Reške/Stockbyte/Getty Images
Tigmotropisms apraksta augu augšanu, reaģējot uz pieskārienu vai saskari ar cietu priekšmetu. Pozitīvu tigmostropismu demonstrē kāpšanas augi vai vīnogulāji, kuriem ir specializētas struktūras, ko sauc ūsiņas . Stīga ir vītnei līdzīgs piedēklis, ko izmanto sadraudzībai ap cietām konstrukcijām. Modificēta auga lapa, stublājs vai kātiņš var būt ūsiņa. Kad stīga aug, tā to dara rotējošā veidā. Gals liecas dažādos virzienos, veidojot spirāles un neregulārus apļus. Augošās ūsiņas kustība gandrīz šķiet tā, it kā augs meklētu kontaktu. Kad ūsiņa saskaras ar objektu, tiek stimulētas sensorās epidermas šūnas uz stīgas virsmas. Šīs šūnas signalizē, ka ūsiņa tinās ap objektu.
Stīgu saritināšanās ir atšķirīgas augšanas rezultāts, jo šūnas, kas nav saskarē ar stimulu, pagarinās ātrāk nekā šūnas, kas saskaras ar stimulu. Tāpat kā fototropisma gadījumā, auksīni ir iesaistīti stīgu diferenciālā augšanā. Lielāka hormona koncentrācija uzkrājas tajā stīgas pusē, kas nav saskarē ar objektu. Stīgas savijums nostiprina augu pie objekta, nodrošinot augam atbalstu. Kāpšanas augu darbība nodrošina labāku gaismas ekspozīciju fotosintēzei, kā arī palielina to ziedu redzamību apputeksnētāji .
Kamēr stīgām ir pozitīvs tigmotropisms, saknes var izpausties negatīvs tigmotropisms reizēm. Tā kā saknes iestiepjas zemē, tās bieži aug virzienā, kas atrodas prom no objekta. Sakņu augšanu galvenokārt ietekmē gravitācija, un saknēm ir tendence augt zem zemes un prom no virsmas. Kad saknes saskaras ar objektu, tās bieži maina savu virzienu uz leju, reaģējot uz kontakta stimulu. Izvairīšanās no priekšmetiem ļauj saknēm netraucēti augt augsnē un palielina to iespējas iegūt barības vielas.
Gravitropisms
Šajā attēlā parādīti galvenie augu sēklu dīgšanas posmi. Trešajā attēlā sakne aug uz leju, reaģējot uz gravitāciju, savukārt ceturtajā attēlā embrija dzinums (plumule) aug pret gravitāciju. Power and Syred/Science Photo Library/Getty Images
Gravitropisms vai ģeotropisms ir izaugsme, reaģējot uz gravitāciju. Gravitropisms augiem ir ļoti svarīgs, jo tas virza sakņu augšanu pret gravitācijas spēku (pozitīvs gravitropisms) un stublāju augšanu pretējā virzienā (negatīvs gravitropisms). Auga sakņu un dzinumu sistēmas orientāciju uz gravitāciju var novērot dīgšanas stadijās stādā. Kad embrionālā sakne parādās no sēklas, tā aug lejup gravitācijas virzienā. Ja sēklu pagriež tā, lai sakne būtu vērsta uz augšu prom no augsnes, sakne izlieksies un pārorientēsies atpakaļ gravitācijas vilkšanas virzienā. Un otrādi, jaunattīstības dzinums orientējas pret gravitāciju, lai augtu uz augšu.
Saknes vāciņš ir tas, kas orientē saknes galu pret gravitācijas spēku. Specializētās šūnas saknes vāciņā sauc statocīti Tiek uzskatīts, ka tie ir atbildīgi par gravitācijas uztveršanu. Statocīti ir atrodami arī augu kātos, un tie satur organellas sauca amiloplasti . Amiloplasti darbojas kā cietes noliktavas. Blīvie cietes graudi izraisa amiloplastu nogulsnēšanos augu saknēs, reaģējot uz gravitāciju. Amiloplastu sedimentācija liek saknes vāciņam nosūtīt signālus uz saknes zonu, ko sauc par pagarinājuma zona . Šūnas pagarinājuma zonā ir atbildīgas par sakņu augšanu. Darbība šajā jomā izraisa atšķirīgu augšanu un izliekumu saknē, virzot augšanu lejup pret gravitāciju. Ja sakne tiek pārvietota tā, lai mainītu statocītu orientāciju, amiloplasti pārcelsies uz zemāko šūnu punktu. Amiloplastu stāvokļa izmaiņas uztver statocīti, kas pēc tam signalizē par saknes pagarinājuma zonu, lai pielāgotu izliekuma virzienu.
Auksīniem ir nozīme arī augu virziena augšanā, reaģējot uz gravitāciju. Auksīnu uzkrāšanās saknēs palēnina augšanu. Ja augu novieto horizontāli uz sāniem bez gaismas iedarbības, auksīni uzkrājas sakņu apakšējā pusē, kā rezultātā palēninās augšana šajā pusē un saknes izliekums uz leju. Tādos pašos apstākļos auga kāts tiks izstādīts negatīvs gravitropisms . Gravitācija izraisīs auksīnu uzkrāšanos stublāja apakšējā pusē, kas izraisīs šūnu izstiepšanos šajā pusē ātrāk nekā šūnas pretējā pusē. Tā rezultātā dzinums salieksies uz augšu.
Hidrotropisms
Šajā attēlā redzamas mangrovju saknes ūdens tuvumā Iriomote nacionālajā parkā Jaejamas salās, Okinavā, Japānā. Ippei Naoi/Moment/Getty Images
Hidrotropisms ir virziena izaugsme, reaģējot uz ūdens koncentrāciju. Šis tropisms ir svarīgs augiem, lai aizsargātu pret sausuma apstākļiem, izmantojot pozitīvu hidrotropismu, un pret ūdens pārmērīgu piesātinājumu ar negatīvu hidrotropismu. Tas ir īpaši svarīgi augiem sausos apstākļos biomas lai varētu reaģēt uz ūdens koncentrāciju. Mitruma gradienti ir jūtami augu saknēs. The šūnas saknes pusē, kas ir vistuvāk ūdens avotam, aug lēnāk nekā pretējā pusē. Augu hormons abscīnskābe (ABA) ir svarīga loma diferenciālas augšanas izraisīšanā sakņu pagarinājuma zonā. Šī atšķirīgā augšana liek saknēm augt ūdens virzienā.
Pirms augu saknēm var parādīties hidrotropisms, tām ir jāpārvar savas gravitrofiskās tendences. Tas nozīmē, ka saknēm jākļūst mazāk jutīgām pret gravitāciju. Pētījumi, kas veikti par gravitropisma un hidrotropisma mijiedarbību augos, liecina, ka ūdens gradienta iedarbība vai ūdens trūkums var izraisīt sakņu hidrotropismu, salīdzinot ar gravitropismu. Šādos apstākļos amiloplastu skaits sakņu statocītos samazinās. Mazāk amiloplastu nozīmē, ka saknes tik ļoti neietekmē amiloplastu sedimentācija. Amiloplastu samazināšana sakņu cepurēs palīdz saknēm pārvarēt gravitācijas spēku un pārvietoties, reaģējot uz mitrumu. Labi mitrinātā augsnē saknēm sakņu cepurītēs ir vairāk amiloplastu, un tās daudz labāk reaģē uz gravitāciju nekā uz ūdeni.
Vairāk augu tropismu
Ir redzami astoņi ziedputekšņu graudi, kas sagrupēti ap pirkstam līdzīgu izvirzījumu, kas ir daļa no opija ziedu stigmas. Ir redzamas vairākas putekšņu caurules. Dr Džeremijs Bērdžess / Zinātnes fotoattēlu bibliotēka / Getty Images
Divi citi augu tropisma veidi ir termotropisms un ķīmijtropisms. Termotropisms ir augšana vai kustība, reaģējot uz karstuma vai temperatūras izmaiņām, kamēr ķīmijtropisms ir izaugsme, reaģējot uz ķīmiskām vielām. Augu saknēm var būt pozitīvs termotropisms vienā temperatūras diapazonā un negatīvs termotropisms citā temperatūras diapazonā.
Augu saknes ir arī ļoti ķīmijtropiski orgāni, jo tie var pozitīvi vai negatīvi reaģēt uz noteiktu ķīmisko vielu klātbūtni augsnē. Sakņu ķīmijtropisms palīdz augam piekļūt ar barības vielām bagātai augsnei, lai veicinātu augšanu un attīstību. Ziedošu augu apputeksnēšana ir vēl viens pozitīvas ķīmijtropisma piemērs. Kad ziedputekšņi graudi nokrīt uz sieviešu reproduktīvās struktūras, ko sauc par stigmu, ziedputekšņu graudi uzdīgst, veidojot putekšņu caurulīti. Ziedputekšņu caurules augšana tiek virzīta uz olnīcu, izdalot ķīmiskos signālus no olnīcas.
Avoti
- Atamian, Hagop S. u.c. Saulespuķu heliotropisma, ziedu orientācijas un apputeksnētāju apmeklējumu diennakts regulēšana. Zinātne , American Association for the Advancement of Science, 2016. gada 5. augusts, science.sciencemag.org/content/353/6299/587.full.
- Chen, Rujin u.c. 'Gravitropisms augstākajos augos.' Augu fizioloģija , sēj. 120 (2), 1999, 343.–350. lpp., doi: 10.1104./120.2.343. lpp.
- Dītrihs, Daniela u.c. 'Sakņu hidrotropismu kontrolē ar garozai raksturīgu augšanas mehānismu.' Dabas augi , sēj. 3 (2017): 17057. Nature.com. Web. 2018. gada 27. februāris.
- Esmon, C. Alex, et al. Augu tropismi: kustības spēka nodrošināšana sēdošam organismam. Starptautiskais attīstības bioloģijas žurnāls , sēj. 49, 2005, 665.–674. lpp., doi:10.1387/ijdb.052028ce.
- Stowe-Evans, Emīlija L. u.c. 'NPH4, no auksīna atkarīgās diferenciālās augšanas reakcijas nosacījuma modulators Arabidopsis.' Augu fizioloģija , sēj. 118 (4), 1998, 1265.–1275. lpp., doi: 10.1104/118.4.1265. lpp.
- Takahashi, Nobuyuki u.c. 'Hidrotropisms mijiedarbojas ar gravitropismu, degradējot amiloplastus Arabidopsis un redīsu sējeņu saknēs.' Augu fizioloģija , sēj. 132 (2), 2003, 805.–810. lpp., doi: 10.1104/lpp.018853.