Was ist Geotropismus oder Gravitropismus?

Die Geotropismus Es ist der Einfluss der Schwerkraft auf die Bewegung von Pflanzen. Der Geotropismus kommt von den Wörtern "geo", was Land bedeutet, und "tropism", was Bewegung bedeutet, die durch einen Reiz hervorgerufen wird (Öpik & Rolfe, 2005).

In diesem Fall ist der Reiz die Schwerkraft und was sich bewegt, ist die Pflanze. Da der Reiz die Gravitation ist, wird dieser Prozess auch als Gravitropismus bezeichnet (Chen, Rosen & Masson, 1999, Hangarter, 1997).

Seit vielen Jahren weckt dieses Phänomen die Neugier von Wissenschaftlern, die untersucht haben, wie diese Bewegung in Pflanzen vor sich geht.

Viele Studien haben gezeigt, dass verschiedene Bereiche der Pflanze in entgegengesetzte Richtungen wachsen (Chen et al., 1999, Morita, 2010, Toyota & Gilroy, 2013).

Es wurde beobachtet, dass die Schwerkraft eine fundamentale Rolle bei der Orientierung der Pflanzenteile spielt: der obere Teil, gebildet aus dem Stängel und den Blättern, wächst nach oben (negativer Gravitropismus), während die untere Zone durch die Wurzeln, wächst er in Richtung der Schwerkraft nach unten (positiver Gravitropismus) (Hangarter, 1997).

Diese Bewegungen, vermittelt durch Schwerkraft, garantieren, dass die Pflanzen ihre Funktionen richtig ausführen.

Der obere Teil ist auf Sonnenlicht ausgerichtet, um die Photosynthese durchzuführen, und der untere Teil ist auf den Boden der Erde ausgerichtet, so dass die Wurzeln das Wasser und die Nährstoffe erreichen können, die für seine Entwicklung notwendig sind (Chen et al., 1999) ).

Wie geschieht der Geotropismus?

Pflanzen sind extrem empfindlich gegenüber der Umwelt, sie können ihr Wachstum abhängig von den Signalen beeinflussen, die sie wahrnehmen, zum Beispiel: Licht, Schwerkraft, Berührung, Nährstoffe und Wasser (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).

Der Geotropismus ist ein Phänomen, das in drei Phasen auftritt:

1. ErkennungDie Wahrnehmung der Schwerkraft erfolgt durch spezialisierte Zellen, sogenannte Statocysten.

2. Transduktion und Übertragung: Der physikalische Reiz der Schwerkraft wird in ein biochemisches Signal umgewandelt, das an andere Zellen der Pflanze übertragen wird.

3. Antwort: Die Empfängerzellen wachsen so, dass eine Krümmung entsteht, die die Ausrichtung des Organs verändert. So wachsen die Wurzeln nach unten und die Stängel nach oben, unabhängig von der Ausrichtung der Pflanze (Masson et al., 2002, Toyota & Gilroy, 2013).

Abbildung 1. Beispiel für den Geotropismus in einer Pflanze. Beachten Sie den Unterschied in der Ausrichtung der Wurzeln und des Stiels. Herausgegeben von: Katherine Briceño.

Geotropismus in den Wurzeln

Das Phänomen der Neigung der Wurzel zur Schwerkraft wurde vor vielen Jahren erstmals untersucht. In dem berühmten Buch "Die Kraft der Bewegung in Pflanzen"Charles Darwin berichtete, dass die Wurzeln von Pflanzen zur Schwerkraft neigen (Ge & Chen, 2016).

Die Schwerkraft wird an der Wurzelspitze detektiert und diese Information wird in die Dehnungszone übertragen, um die Wachstumsrichtung beizubehalten.

Wenn Änderungen der Orientierung in Bezug auf Schwerkraftfeld, reagieren die Zellen durch ihre Größe zu verändern, so dass die Spitze der Wurzel weiter in der gleichen Richtung der Schwerkraft darstellt positive geotropism (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup wachsen , 2017; Wolverton et al., 2011).

Darwin und Ciesielski zeigten, dass es eine Struktur, die an der Spitze der Wurzeln war, die notwendig für die geotropismo dieser Struktur namens „cap“ geschehen war.

Sie postulierten, daß die Kappe zum Nachweis von Veränderungen in der Orientierung der Wurzeln, um die Kraft der Schwerkraft verantwortlich ist (Chen et al., 1999).

Spätere Studien zeigten, dass sich in der Kappe spezielle Zellen befinden, die in Richtung der Schwerkraft sedimentieren, diese Zellen werden als Statocysten bezeichnet.

Statocysten enthalten Strukturen ähnlich wie Steine, Amyloplasten genannt, weil sie voll Stärke sind. Die Amyloplasten als sehr dichtes Sediment direkt an der Spitze der Wurzeln (Chen et al, 1999;. Sato et al, 2017. Wolverton et al, 2011)..

Aus neueren Studien der Zell- und Molekularbiologie wurde das Verständnis des Mechanismus, der die Wurzelgeotropie steuert, verbessert.

Es hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren den Transport eines Wachstumshormons Auxin genannt erfordert, wird eine solche Transport als polare Auxintransport bekannt (Chen et al, 1999;. Sato et al, 2017.).

Dies wurde in den 1920er Jahren in dem Modell Cholodny-Wents beschrieben, die schlägt vor, dass die Krümmungen des Wachstums aufgrund einer ungleichmäßigen Verteilung von Auxin (Öpik & Rolfe, 2005).

Geotropismus in den Stielen

Ein ähnlicher Mechanismus tritt in den Stängeln von Pflanzen auf, mit dem Unterschied, dass ihre Zellen auf Auxin unterschiedlich reagieren.

In Sprossen der Stängel fördert die Erhöhung der lokalen Konzentration von Auxin die Zellexpansion; das Gegenteil passiert mit den Wurzelzellen (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).

Die differentielle Empfindlichkeit gegenüber Auxin hilft dabei, Darwins ursprüngliche Beobachtung zu erklären, dass Stämme und Wurzeln entgegengesetzt zur Schwerkraft reagieren. In den Wurzeln und Stämmen sammelt sich Auxin auf der Unterseite zur Schwerkraft an.

Der Unterschied besteht darin, dass die Stammzellen entgegengesetzt zu den Wurzelzellen reagieren (Chen et al., 1999, Masson et al., 2002).

In den Wurzeln wird die Zellausdehnung auf der unteren Seite inhibiert und die Krümmung in Richtung der Schwerkraft wird erzeugt (positiver Gravitropismus).

In Stengeln akkumuliert Auxin auch auf der unteren Seite, jedoch nimmt die Zellausdehnung zu und führt zu einer Krümmung des Stems in der entgegengesetzten Richtung zur Schwerkraft (negativer Gravitropismus) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Zeiger, 2002).

Referenzen

1. Chen, R., Rosen, E. & Masson, P. H. (1999). Gravitropismus in höheren Pflanzen. Pflanzenphysiologie, 120, 343-350.
2. Ge, L. & Chen, R. (2016). Negativer Gravitropismus in Pflanzenwurzeln. Naturpflanzen, 155, 17-20.
3. Hangarter, R. P. (1997). Schwerkraft, Licht und Pflanzenform. Pflanze, Zelle und Umwelt, 20, 796-800.
4. Masson, P. H., Tasaka, M., Morita, M. T., Guan, C., Chen, R., Masson, P. H., ... Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: Ein Modell zur Untersuchung des Gravitropismus von Wurzeln und Schossen (S. 1-24).
5. Morita, M.T. (2010). Richtungsabhängige Gravitation im Gravitropismus. Annual Review of Plant Biology, 61, 705-720.
6. Öpik, H. & Rolfe, S. (2005). Die Physiologie der Blütenpflanzen. (C. U. Press, Hrsg.) (4. Aufl.).
7. Sato, E. M., Hijazi, H., Bennett, M. J., Vissenberg, K. & Swarup, R. (2017). Neue Einblicke in die gravitropische Signalübertragung. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155-2165.
8. Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Pflanzenphysiologie (3. Ausgabe). Sinauer Mitarbeiter.
9. Toyota, M. & Gilroy, S. (2013). Gravitropismus und mechanische Signalgebung in Pflanzen. American Journal of Botany, 100 (1), 111-125.
10. Wolverton, C., Paya, A. M., und Toska, J. (2011). In der Arabidopsis-pgm-1-Mutante sind der Wurzelspitzenwinkel und die gravitropische Ansprechrate nicht gekoppelt. Physiologie Plantarum, 141, 373-382.