Den geotropismo er påvirkning av tyngdekraften på bevegelse av planter. Geotropisme kommer fra ordene "geo" som betyr jord og "tropisme" som betyr bevegelse forårsaket av en stimulans (Öpik & Rolfe, 2005).
I dette tilfellet er stimulansen tyngdekraften, og det som beveger seg er planten. Ettersom stimulansen er gravitasjon, er denne prosessen også kjent som gravitropisme (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
I mange år har dette fenomenet vakt nysgjerrighet hos forskere, som har undersøkt hvordan denne bevegelsen forekommer i planter. Mange studier har vist at forskjellige områder av planten vokser i motsatte retninger (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
Det har blitt observert at tyngdekraften spiller en grunnleggende rolle i orienteringen av delene av en plante: den øvre delen, dannet av stammen og bladene, vokser oppover (negativ gravitropisme), mens den nedre delen består av røtter, vokser nedover i retning av tyngdekraften (positiv gravitropisme) (Hangarter, 1997).
Disse tyngdekraftsmedierte bevegelsene sikrer at plantene utfører sine funksjoner riktig.
Den øvre delen er orientert mot sollyset for å utføre fotosyntese, og den nedre delen er orientert mot jordens bunn, slik at røttene kan nå vannet og næringsstoffene som er nødvendige for deres utvikling (Chen et al., 1999 ).
Hvordan oppstår geotropisme?
Planter er ekstremt følsomme for miljøet, disse kan påvirke veksten avhengig av signalene de oppfatter, for eksempel: lys, tyngdekraft, berøring, næringsstoffer og vann (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Geotropisme er et fenomen som forekommer i tre faser:
Deteksjon : oppfatningen av tyngdekraften utføres av spesialiserte celler kalt statocyster.
Transduksjon og overføring : den fysiske tyngdekraften omdannes til et biokjemisk signal som overføres til andre celler i planten.
Svar : reseptorcellene vokser på en slik måte at det genereres en krumning som endrer orienteringen til organet. Dermed vokser røttene nedover og stilkene oppover, uavhengig av plantens orientering (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Figur 1. Eksempel på geotropisme i en plante. Legg merke til forskjellen i orienteringen til røttene og stilken. Redigert av: Katherine Briceño.
Geotropisme i røttene
Fenomenet med tilbøyeligheten av roten mot tyngdekraften ble studert for første gang for mange år siden. I den berømte boken "The Power of Movement in Plants" rapporterte Charles Darwin at planterøtter har en tendens til å vokse mot tyngdekraften (Ge & Chen, 2016).
Tyngdekraften blir oppdaget ved tuppen av roten, og denne informasjonen overføres til forlengelsessonen for å opprettholde vekstretningen.
Hvis det er endringer i orientering med hensyn til tyngdefeltet, svarer cellene ved å endre størrelse, på en slik måte at rotspissen fortsetter å vokse i samme tyngderetning, og presenterer positiv geotropisme (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup , 2017; Wolverton et al., 2011).
Darwin og Ciesielski viste at det var en struktur på tuppen av røttene som var nødvendig for at geotropisme skulle skje, de kalte denne strukturen "cap".
De postulerte at hetten hadde ansvaret for å oppdage endringer i orienteringen til røttene, med hensyn til tyngdekraften (Chen et al., 1999).
Senere studier viste at i hetten er det spesielle celler som sedimenterer i retning av tyngdekraften, disse cellene kalles statocyster.
Statocysts inneholder steinlignende strukturer, de kalles amyloplaster fordi de er fulle av stivelse. Amyloplaster, idet de er veldig tette, sedimenter helt på tuppen av røttene (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
Fra nyere studier innen celle- og molekylærbiologi har forståelsen av mekanismen som styrer rotgeotropisme blitt bedre.
Denne prosessen har vist seg å kreve transport av et veksthormon kalt auxin, denne transporten er kjent som polar auxin transport (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
Dette ble beskrevet på 1920-tallet i Cholodny-Went-modellen, som foreslår at vekstkurver skyldes en ujevn fordeling av auxiner (Öpik & Rolfe, 2005).
Geotropisme i stilkene
En lignende mekanisme oppstår i stilkene fra planter, med forskjellen at cellene deres reagerer forskjellig på auxin.
I skuddene av stilkene fremmer økt lokal konsentrasjon av auxin celleekspansjon; det motsatte forekommer i rotceller (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Differensiell følsomhet for auxin er med på å forklare Darwins opprinnelige observasjon som stengler og røtter reagerer på motsatt måte på tyngdekraften. I både røtter og stengler akkumuleres auxin mot tyngdekraften, på undersiden.
Forskjellen er at stamceller reagerer på motsatt måte på rotceller (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
I røtter hemmes celleekspansjon på undersiden og krumning mot tyngdekraft genereres (positiv gravitropisme).
I stengler akkumuleres også auxin på undersiden, imidlertid øker celleutvidelsen og resulterer i stammekurvuren i motsatt retning av tyngdekraften (negativ gravitropisme) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
referanser
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). Gravitropisme i høyere planter. Plantefysiologi, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Negativ gravitropisme i planterøtter. Naturplanter, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Tyngdekraft, lys og planteform. Plante, celle og miljø, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH, … Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: A Model for the Study of Root and Shoot Gravitropism (s. 1–24).
- Morita, MT (2010). Retningstyngdekraftfølelse ved gravitropisme. Årlig gjennomgang av plantebiologi, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Blomstrende planters fysiologi. (CU Press, Red.) (4. utg.).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Ny innsikt i rotgravitropisk signalering. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Plantefysiologi (3. utg.). Sinauer Associates.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Gravitropisme og mekanisk signalisering i planter. American Journal of Botany, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM, & Toska, J. (2011). Rothettevinkelen og gravitropisk responsrate er ikke koblet fra Arabidopsis pgm-1-mutanten. Fysiologia Plantarum, 141, 373–382.