Den geotropismo er tyngdekraftens påvirkning på flytning af planter. Geotropisme stammer fra ordene "geo", som betyder jord og "tropisme", hvilket betyder bevægelse forårsaget af en stimulus (Öpik & Rolfe, 2005).
I dette tilfælde er stimulansen tyngdekraft, og det, der bevæger sig, er planten. Da stimulansen er tyngdekraft, er denne proces også kendt som gravitropisme (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
I mange år har dette fænomen vakt nysgerrigheden hos forskere, der har undersøgt, hvordan denne bevægelse forekommer i planter. Mange undersøgelser har vist, at forskellige områder af planten vokser i modsatte retninger (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
Det er blevet observeret, at tyngdekraften spiller en grundlæggende rolle i orienteringen af plantens dele: den øverste del, dannet af stilken og bladene, vokser opad (negativ gravitropisme), mens den nedre del består af rødder, vokser nedad i retning af tyngdekraften (positiv gravitropisme) (Hangarter, 1997).
Disse tyngdekraftsmedierede bevægelser sikrer, at planterne udfører deres funktioner korrekt.
Den øverste del er orienteret mod sollyset for at udføre fotosyntesen, og den nedre del er orienteret mod jordbunden, så rødderne kan nå det vand og de næringsstoffer, der er nødvendige for deres udvikling (Chen et al., 1999).
Hvordan forekommer geotropisme?
Planter er ekstremt følsomme over for miljøet, disse kan påvirke deres vækst afhængigt af de signaler, de opfatter, for eksempel: lys, tyngdekraft, berøring, næringsstoffer og vand (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Geotropisme er et fænomen, der forekommer i tre faser:
Påvisning: opfattelsen af tyngdekraften udføres af specialiserede celler kaldet statocyster.
Transduktion og transmission: den fysiske tyngdekraftstimulering omdannes til et biokemisk signal, der overføres til andre celler i planten.
Svar: receptorcellerne vokser på en sådan måde, at der dannes en krumning, der ændrer orienteringen af organet. Således vokser rødderne nedad og stænglerne opad, uanset plantens orientering (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Figur 1. Eksempel på geotropisme i en plante. Bemærk forskellen i orienteringen af rødderne og stilken. Redigeret af: Katherine Briceño.
Geotropisme i rødderne
Fænomenet med tilbøjeligheden af rod til tyngdekraften blev undersøgt for første gang for mange år siden. I den berømte bog "The Power of Movement in Plants" rapporterede Charles Darwin, at planterødder har en tendens til at vokse mod tyngdekraften (Ge & Chen, 2016).
Tyngdekraften registreres ved spidsen af roden, og denne information overføres til forlængelseszonen for at opretholde vækstretningen.
Hvis der er ændringer i orientering med hensyn til tyngdefeltet, reagerer cellerne ved at ændre deres størrelse, på en sådan måde, at rodspidsen fortsætter med at vokse i den samme tyngderetning, hvilket viser positiv geotropisme (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup, 2017; Wolverton et al., 2011).
Darwin og Ciesielski demonstrerede, at der var en struktur i spidsen af rødderne, som var nødvendig for at geotropisme skulle forekomme, de kaldte denne struktur "cap".
De antydede, at hætten var ansvarlig for at registrere ændringer i orienteringen af rødderne med hensyn til tyngdekraften (Chen et al., 1999).
Senere undersøgelser viste, at der i hætten findes specielle celler, der sedimenterer i tyngderetningen, disse celler kaldes statocyster.
Statocyster indeholder stenlignende strukturer, de kaldes amyloplaster, fordi de er fulde af stivelse. Amyloplaster, da de er meget tæt, sedimenter lige ved spidsen af rødderne (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
Fra nylige studier i celle- og molekylærbiologi er forståelsen af mekanismen, der styrer rodgeotropisme, forbedret.
Det er vist, at denne proces kræver transport af et væksthormon kaldet auxin, denne transport er kendt som polar auxintransport (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
Dette blev beskrevet i 1920'erne i Cholodny-Went-modellen, der foreslår, at vækstkurver skyldes en ujævn fordeling af auxiner (Öpik & Rolfe, 2005).
Geotropisme i stilkene
En lignende mekanisme forekommer i planternes stilke med den forskel, at deres celler reagerer forskelligt på auxin.
I skuddene af stilkene fremmer forøgelse af den lokale koncentration af auxin celleudvidelse; det modsatte forekommer i rodceller (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Differensial følsomhed over for auxin hjælper med at forklare Darwins oprindelige observation, at stængler og rødder reagerer på den modsatte måde på tyngdekraften. I både rødder og stængler akkumuleres auxin mod tyngdekraften på undersiden.
Forskellen er, at stamceller reagerer på den modsatte måde på rodceller (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
I rødder hæmmes celleudvidelse på undersiden og krumning mod tyngdekraft genereres (positiv gravitropisme).
I stilkene akkumuleres auxin også på undersiden, men celleudvidelse øges og resulterer i stammens krumning i modsat retning af tyngdekraften (negativ gravitropisme) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Referencer
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). Gravitropisme i højere planter. Plantefysiologi, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Negativ gravitropisme i planterødder. 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: En model til undersøgelse af rod- og skydegravitropisme (s. 1–24).
- Morita, MT (2010). Retningslinie af tyngdekraften ved gravitation. Årlig gennemgang af plantebiologi, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Blomstrende planters fysiologi. (CU Press, Ed.) (4. udgave).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Ny indsigt i rodgravitropisk signalering. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Plantefysiologi (3. udg.). Sinauer Associates.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Gravitropisme og mekanisk signalering i planter. American Journal of Botany, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM, & Toska, J. (2011). Rodkapelvinklen og gravitropisk responsrate kobles fra i Arabidopsis pgm-1-mutanten. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.