Fototropizmas: kaip augalai auga šviesos kryptimi

Fototropizmas: kaip augalai kryptingai auga link šviesos — sužinokite apie auksiną, receptorius ir teigiamo/neigiamo fototropizmo priežastis bei pavyzdžius.

Fototropizmas – tai augalo augimo (pardavimas: augimas) krypties pasikeitimas reaguojant į šviesą: augimas link arba nuo šviesos šaltinio. Fototropizmas būdingas daugumai augalų organų, bet gali pasireikšti ir kitiems organizmams, pvz., grybams. Pagrindinė priežastis – netolygus augimo hormono auksino pasiskirstymas stiebo ar ūglio ląstelėse: ląstelės, esančios toliau nuo šviesos, kaupia daugiau auksino ir todėl pailgėja, dėl to stiebas lenkiasi link šviesos.

Kodėl augalai reaguoja į šviesą?

Fototropizmas padeda augalams optimizuoti fotosintezę ir geriau pasinaudoti šviesa: stiebai, lapai ar ūgliai nukreipia fotosintetinį audinį link apšvietimo, o tam tikromis sąlygomis – vengiama per intensyvios šviesos arba nepalankių šviesos kampų. Augimo link šviesos vadinamas teigiamu fototropizmu, o tolimesnis nuo šviesos – neigiamu fototropizmu. Dauguma augalų ūglių pasižymi teigiamu fototropizmu, tuo tarpu šaknims paprastai būdingas neigiamas fototropizmas, nors šaknų elgseną dažnai labiau reglamentuoja gravitropizmas.

Mechanizmas – nuo šviesos receptorių iki ląstelės elongacijos

Fototropinio atsako mechanizmas apima kelis žingsnius:

• Šviesos percepcija: augalai turi šviesai jautrius receptorius, kurie registruoja šviesos intensyvumą ir bangos ilgį. Augalų fototropizmą lemia mėlynos šviesos receptoriai, vadinami fototropinais; kitus šviesos signalus gali fiksuoti raudoną šviesą jaučiantys fitochromai ir mėlyną – kriptochromai. Pvz., Arabidopsis thaliana, fototropizmą daugiausia valdo fototropinai.
• Signalų perdavimas: aktyvavus fototropinus, įsijungia tarpiniai baltymai (pvz., NPH3) ir kiti signalo perdavimo komponentai, kurie keičia auksino transportą augalo viršūnėje ir stiebo audiniuose.
• Auksino pasiskirstymas: auksinas daugiausia kaupiasi tamsesnėje stiebo pusėje. Dėl to tų ląstelių sienelės tampa lankstesnės ir vyksta greitesnis ląstelių ilgėjimas – stiebas lenkiasi link šviesos.
• Ląstelės atsakas: pH pokyčiai ir fermentų aktyvacija leidžia ląstelių sienelėms „laisviau“ plėstis (acid-growth mechanizmas), todėl vyksta lokalus augimo skirtumas ir kurvavimasis.

Molekuliniai komponentai

Šiuolaikiniai tyrimai rodo, kad auksino judėjimą reguliuoja specialūs transporteriai – PIN baltymai bei AUX/LAX šeimos transporteriai. Fototropinų aktyvacija keičia šių transporterių lokalizaciją ir aktyvumą, įtakoja auksino tekėjimą į šešėlinę augalo pusę. Tai paaiškina, kodėl šviesos kryptis sukelia nuolatinį auksino asimetrijos susidarymą.

Istoriniai eksperimentai ir įrodymai

Darvino laikų eksperimentai padėjo nustatyti, kad ūglio viršūnė yra reikalinga fototropiniam atsakui: pašalinus arba apdengus ūglio viršūnę, augalas nebesilenkia link šviesos, bet atsakas gali būti atstatytas, jei paliekamas viršūnės fragmentas ar šviesa veikia tik viršūnę. Tai parodė, kad signalas prasideda viršūnėje ir vėliau perduodamas žemyn.

Įvairovė gamtoje ir praktinė reikšmė

Įvairūs augalai ir organai gali elgtis skirtingai:

• Ūgliai ir stiebai dažniausiai demonstruoja teigiamą fototropizmą, taip optimizuodami lapų apšvietimą.
• Šaknys dažniau rodo neigiamą fototropizmą ir giliai auga žemyn (daugiausia dėl gravitropizmo), tačiau šviesa gali trukdyti arba pakeisti šaknų augimo pobūdį.
• Kai kurių vynmedžių ūglių viršūnės gali rodyti neigiamą fototropizmą ir augti link tamsių, kietų paviršių, juos apeidinėti ar laipioti.

Fototropizmo supratimas svarbus žemės ūkyje, vis dar naudojamas augalų auginimo technologijose (pvz., apšvietimo planavimas šiltnamiuose), taip pat biotechnologijose, norint valdyti augimo formą ir produktyvumą.

Sąveika su kitais augimo signalais

Fototropizmas nedirba izoliuotai: jis sąveikauja su gravitropizmu, hormonu sistema (citokininais, gibberelinais, etileno signalu) ir aplinkos faktoriais (temperatūra, drėgmė). Dėl šių sąveikų augalo reakcija į vieną signalą gali būti modifikuota ar prioritetizuota atsižvelgiant į situaciją.

Praktiniai pastebėjimai ir eksperimentai namuose

• Stebėdami kambarinį augalą galite pamatyti, kaip jis stoja link lango – tai paprastas fototropizmo pavyzdys.
• Klasių ar namų eksperimentui: padėkite žalią aksominį arba kultivuotą daigą šviesoje, o po to apdengti vieną pusę – po kelių dienų pastebėsite lankstymąsi link šviesos. Pašalinus ūglio galvutę ar uždengus ją, reakcija susilpnėja.

Apibendrinant, fototropizmas yra esminis augalų prisitaikymo mechanizmas, leidžiantis efektyviau naudotis šviesa ir prisitaikyti prie aplinkos sąlygų. Daugiau supratimo apie molekulinius mechanizmus atveria galimybes valdyti augalų augimo formą ir pagerinti derlingumą bei auginimo technologijas.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra fototropizmas?

K: Kokie organizmai, išskyrus augalus, gali pasižymėti fototropizmu?

K: Koks augalų augimo hormonas sukelia fototropizmą?

K: Kas atsitinka tolimiausioje nuo šviesos pusėje esančioms ląstelėms augale, kuriam būdingas teigiamas fototropizmas?

K: Kuo skiriasi teigiamas ir neigiamas fototropizmas?

K: Kaip vadinamas reiškinys, kai vynmedžių ūglių viršūnės auga link tamsių kietų objektų?

K: Kurie augalų receptoriai yra atsakingi už Arabidopsis thaliana fototropizmą?

Paieška pagal raidę