A geotropismo a gravitáció hatása a növények mozgására. A geotropizmus a "geo" szóból származik, amely földöt jelent, és a "tropism" a stimulus által okozott mozgást jelenti (Öpik & Rolfe, 2005).
Ebben az esetben az inger a gravitáció, a mozgás pedig a növény. Mivel az inger a gravitáció, ezt a folyamatot gravitropizmusnak is nevezik (Chen, Rosen és Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Ez a jelenség évek óta felkeltette a tudósok kíváncsiságát, akik megvizsgálták, hogy ez a mozgás hogyan történik a növényekben. Számos tanulmány kimutatta, hogy a növény különböző területei ellentétes irányban növekednek (Chen és mtsai., 1999; Morita, 2010; Toyota és Gilroy, 2013).
Megfigyelték, hogy a gravitációs erő alapvető szerepet játszik a növény részeinek orientációjában: a szár és a levelek által alkotott felső rész felfelé nő (negatív gravitropizmus), míg az alsó rész a gyökerek, lefelé növekszik a gravitáció irányában (pozitív gravitropizmus) (Hangarter, 1997).
Ezek a gravitáció által közvetített mozgások biztosítják, hogy a növények megfelelően elvégezzék funkcióikat.
A felső rész a napfény felé irányul, hogy elvégezze a fotoszintézist, az alsó pedig a föld fenekére irányul, hogy a gyökerek elérjék a fejlődésükhöz szükséges vizet és tápanyagokat (Chen et al., 1999).
Hogyan fordul elő a geotropizmus?
A növények rendkívül érzékenyek a környezetre, ezek befolyásolhatják növekedésüket az érzékelt jelektől függően: fény, gravitáció, tapintás, tápanyagok és víz (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
A geotropizmus egy jelenség, amely három szakaszban fordul elő:
Detektálás: a gravitáció érzékelését speciális sejtek, úgynevezett sztatociszták végzik.
Transzdukció és átvitel: a gravitáció fizikai stimulusa biokémiai jellé alakul, amelyet a növény más sejtjeire továbbítanak.
Válasz: A receptor sejtek úgy növekednek, hogy olyan görbület keletkezik, amely megváltoztatja a szerv tájolását. Így a gyökerek lefelé és a szár felfelé nőnek, függetlenül a növény tájolásától (Masson és mtsai., 2002; Toyota és Gilroy, 2013).
1. ábra: Példa a növény geotropizmusára. Vegye figyelembe a gyökerek és a szár tájolásának különbségét. Szerkesztette: Katherine Briceño.
Geotropizmus a gyökerekben
A gyökér gravitáció iránti hajlamának jelenségét sok évvel ezelőtt tanulmányozták először. Charles Darwin a híres "A növények mozgásának hatalma" című könyvében arról számolt be, hogy a növények gyökerei hajlamosak a gravitáció felé növekedni (Ge & Chen, 2016).
A gravitációt a gyökér végén detektálják, és ezt az információt továbbítják a meghosszabbítási zónához a növekedési irány fenntartása érdekében.
Ha változnak az orientáció a gravitációs mezőhöz képest, akkor a sejtek méretük megváltoztatásával reagálnak úgy, hogy a gyökércsúcs tovább növekszik ugyanabban a gravitációs irányban, pozitív geotropizmust mutatva (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg és Swarup, Wolverton és mtsai., 2011).
Darwin és Ciesielski kimutatták, hogy a gyökér végén létezik egy szerkezet, amely szükséges a geotropizmus kialakulásához, ezt a szerkezetet "sapkának" hívták.
Azt állították, hogy a kupak feladata a gyökerek tájolásának változásainak észlelése a gravitációs erő vonatkozásában (Chen et al., 1999).
Későbbi tanulmányok kimutatták, hogy a kupakban vannak speciális sejtek, amelyek leülepednek a gravitáció irányában, ezeket a sejteket statocisztáknak nevezik.
A sztociszták kőszerű szerkezeteket tartalmaznak, amyloplastoknak nevezik őket, mert tele vannak keményítővel. Az amiloplasztok, mivel nagyon sűrűek, közvetlenül a gyökerek végén vannak üledékek (Chen és mtsai., 1999; Sato és mtsai., 2017; Wolverton és mtsai., 2011).
A sejt- és molekuláris biológiában a közelmúltban végzett tanulmányok alapján javult a gyökér geotropizmusát szabályozó mechanizmus megértése.
Kimutatták, hogy ennek a folyamatnak szüksége van egy auxin nevű növekedési hormon szállítására, ezt a transzportot poláris auxin transzportnak nevezik (Chen és mtsai., 1999; Sato és mtsai., 2017).
Ezt az 1920-as években írták le a Cholodny-Went modellben, amely szerint a növekedési görbék az auxinok egyenetlen eloszlásának következményei (Öpik és Rolfe, 2005).
Geotropizmus a szárokban
Hasonló mechanizmus fordul elő a növények szárában, azzal a különbséggel, hogy sejtjeik eltérően reagálnak az auxinra.
A szár hajtásain az auxin helyi koncentrációjának növelése elősegíti a sejtek expanzióját; a gyökérsejtekben fordítva fordul elő (Morita, 2010; Taiz és Zeiger, 2002).
Az auxinnel szembeni differenciális érzékenység megmagyarázza Darwin eredeti megfigyelését, miszerint a szár és a gyökér ellentétes módon reagál a gravitációra. Mind az gyökérben, mind a szárban az auxin felhalmozódik a gravitáció irányába, az alján.
A különbség az, hogy az őssejtek ellentétesen reagálnak a gyökérsejtekre (Chen és mtsai., 1999; Masson és mtsai., 2002).
A gyökerekben a sejtek expanziója alul van gátolva, és a gravitáció felé görbülés jön létre (pozitív gravitropizmus).
A szárban az auxin az alsó oldalon is felhalmozódik, azonban a sejtek expanziója növekszik, és a szár görbületét eredményezi a gravitációval ellentétes irányban (negatív gravitropizmus) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Irodalom
- Chen, R., Rosen, E., és Masson, PH (1999). Gravitropizmus a magasabb növényekben. Plant Physiology, 120, 343-350.
- Ge, L. és Chen, R. (2016). Negatív gravitropizmus a növény gyökereiben. Nature Plants, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Gravitáció, könnyű és növényi forma. Plant, Cell and Environment, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH,… Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: A gyökér és a hajtás gravitropizmusának tanulmányozására szolgáló modell (1–24. Oldal).
- Morita, MT (2010). Irányított gravitációs érzékelés a gravitropizmusban. A növénybiológia éves áttekintése, 61, 705–720.
- Öpik, H. és Rolfe, S. (2005). A virágos növények élettana. (CU Press, szerk.) (4. kiadás).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., és Swarup, R. (2017). Új betekintés a gyökér gravitrop jelzésbe. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L. és Zeiger, E. (2002). Növényi élettan (3. kiadás). Sinauer Associates.
- Toyota, M. és Gilroy, S. (2013). Gravitropizmus és mechanikus jelzés a növényekben. American Journal of Botany, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM, és Toska, J. (2011). A gyökér sapka szögét és a gravitrop válasz válaszarányát az Arabidopsis pgm-1 mutánsban lekapcsolják. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.