geotropismoเป็นอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงในการเคลื่อนไหวของพืช Geotropism มาจากคำว่า "geo" ซึ่งหมายถึงโลกและ "tropism" ซึ่งหมายถึงการเคลื่อนไหวที่เกิดจากสิ่งเร้า (Öpik & Rolfe, 2005)
ในกรณีนี้สิ่งกระตุ้นคือแรงโน้มถ่วงและสิ่งที่กำลังเคลื่อนที่คือพืช เนื่องจากสิ่งกระตุ้นคือแรงโน้มถ่วงกระบวนการนี้จึงเรียกอีกอย่างว่าแรงโน้มถ่วง (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997)
เป็นเวลาหลายปีที่ปรากฏการณ์นี้กระตุ้นความอยากรู้อยากเห็นของนักวิทยาศาสตร์ผู้ซึ่งได้ตรวจสอบว่าการเคลื่อนไหวนี้เกิดขึ้นในพืชได้อย่างไร งานวิจัยหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าพื้นที่ต่างๆของพืชเติบโตในทิศทางตรงกันข้าม (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013)
เป็นที่สังเกตว่าแรงโน้มถ่วงมีบทบาทพื้นฐานในการวางแนวของส่วนต่างๆของพืช: ส่วนบนที่เกิดจากลำต้นและใบเติบโตขึ้น (แรงโน้มถ่วงเชิงลบ) ในขณะที่ส่วนล่างประกอบด้วย รากงอกลงในทิศทางของแรงโน้มถ่วง (แรงโน้มถ่วงเชิงบวก) (Hangarter, 1997)
การเคลื่อนไหวโดยอาศัยแรงโน้มถ่วงเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าพืชทำงานได้อย่างถูกต้อง
ส่วนบนมุ่งเน้นไปที่แสงแดดเพื่อทำการสังเคราะห์แสงและส่วนล่างจะเน้นไปที่ด้านล่างของโลกเพื่อให้รากสามารถเข้าถึงน้ำและสารอาหารที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาของพวกมันได้ (Chen et al., 1999 )
geotropism เกิดขึ้นได้อย่างไร?
พืชมีความอ่อนไหวต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมากสิ่งเหล่านี้สามารถมีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของพวกมันได้ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่พวกมันรับรู้เช่นแสงแรงโน้มถ่วงการสัมผัสสารอาหารและน้ำ (Wolverton, Paya, & Toska, 2011)
Geotropism เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในสามขั้นตอน:
การตรวจจับ : การรับรู้แรงโน้มถ่วงดำเนินการโดยเซลล์พิเศษที่เรียกว่าสเตโตซิสต์
การถ่ายโอนและการส่ง : แรงกระตุ้นทางกายภาพของแรงโน้มถ่วงจะถูกแปลงเป็นสัญญาณทางชีวเคมีที่ส่งไปยังเซลล์อื่นของพืช
คำตอบ : เซลล์รับจะเติบโตในลักษณะที่สร้างความโค้งซึ่งเปลี่ยนการวางแนวของอวัยวะ ดังนั้นรากจึงงอกลงด้านล่างและลำต้นขึ้นไปโดยไม่คำนึงถึงทิศทางของพืช (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013)
รูปที่ 1. ตัวอย่างของ geotropism ในพืช สังเกตความแตกต่างในการวางแนวของรากและลำต้น แก้ไขโดย: Katherine Briceño
Geotropism ในราก
มีการศึกษาปรากฏการณ์การเอียงของรากต่อแรงโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกเมื่อหลายปีก่อน ในหนังสือชื่อดังเรื่อง The Power of Movement in Plants ชาร์ลส์ดาร์วินรายงานว่ารากพืชมีแนวโน้มที่จะเติบโตตามแรงโน้มถ่วง (Ge & Chen, 2016)
ตรวจพบแรงโน้มถ่วงที่ปลายรากและข้อมูลนี้จะถูกส่งไปยังเขตการยืดตัวเพื่อรักษาทิศทางการเติบโต
หากมีการเปลี่ยนแปลงในทิศทางที่เกี่ยวกับสนามแรงโน้มถ่วงเซลล์จะตอบสนองโดยการเปลี่ยนขนาดในลักษณะที่ปลายรากยังคงเติบโตไปในทิศทางเดียวกันของแรงโน้มถ่วงซึ่งจะนำเสนอ geotropism ในเชิงบวก (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg และ Swarup , 2017; Wolverton et al., 2011)
Darwin และ Ciesielski แสดงให้เห็นว่ามีโครงสร้างที่ปลายรากที่จำเป็นสำหรับการเกิด geotropism พวกเขาเรียกโครงสร้างนี้ว่า "cap"
พวกเขาตั้งสมมติฐานว่าหมวกมีหน้าที่ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในการวางแนวของรากด้วยความเคารพต่อแรงโน้มถ่วง (Chen et al., 1999)
การศึกษาในภายหลังแสดงให้เห็นว่าในหมวกมีเซลล์พิเศษที่ตกตะกอนตามทิศทางของแรงโน้มถ่วงเซลล์เหล่านี้เรียกว่าสเตโตซิสต์
Statocysts มีโครงสร้างคล้ายหินเรียกว่าอะไมโลพลาสต์เนื่องจากเต็มไปด้วยแป้ง อะมิโลพลาสต์มีความหนาแน่นมากตะกอนที่ปลายราก (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011)
จากการศึกษาล่าสุดในเซลล์และอณูชีววิทยาความเข้าใจกลไกที่ควบคุม geotropism ของรากได้ดีขึ้น
กระบวนการนี้แสดงให้เห็นว่าต้องมีการขนส่งฮอร์โมนการเจริญเติบโตที่เรียกว่าออกซินการขนส่งนี้เรียกว่าการขนส่งออกซินเชิงขั้ว (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017)
สิ่งนี้ได้อธิบายไว้ในปี ค.ศ. 1920 ในแบบจำลอง Cholodny-Went ซึ่งเสนอว่าความโค้งของการเติบโตเกิดจากการกระจายออกซินที่ไม่สม่ำเสมอ (Öpik & Rolfe, 2005)
Geotropism ในลำต้น
กลไกที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นในลำต้นของพืชโดยมีความแตกต่างที่เซลล์ของพวกมันตอบสนองต่อออกซินต่างกัน
ในหน่อของลำต้นการเพิ่มความเข้มข้นของออกซินในท้องถิ่นช่วยส่งเสริมการขยายตัวของเซลล์ สิ่งที่ตรงกันข้ามเกิดขึ้นในเซลล์ราก (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002)
ความไวที่แตกต่างต่อออกซินช่วยอธิบายข้อสังเกตดั้งเดิมของดาร์วินว่าลำต้นและรากตอบสนองในทางตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง ทั้งในรากและลำต้นออกซินจะสะสมต่อแรงโน้มถ่วงที่ด้านล่าง
ความแตกต่างคือเซลล์ต้นกำเนิดตอบสนองในทางตรงกันข้ามกับเซลล์ราก (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002)
ในรากการขยายตัวของเซลล์จะถูกยับยั้งที่ด้านล่างและสร้างความโค้งเข้าหาแรงโน้มถ่วง (ความโน้มถ่วงเชิงบวก)
ในลำต้นออกซินยังสะสมอยู่ที่ด้านล่างอย่างไรก็ตามการขยายตัวของเซลล์จะเพิ่มขึ้นและส่งผลให้ความโค้งของลำต้นในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง (แรงโน้มถ่วงเชิงลบ) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & ไซเกอร์, 2545)
อ้างอิง
- Chen, R. , Rosen, E. , & Masson, PH (1999) Gravitropism ในพืชที่สูงขึ้น สรีรวิทยาของพืช, 120, 343-350
- Ge, L. , & Chen, R. (2016). ความโน้มถ่วงเชิงลบในรากพืช Nature Plants, 155, 17–20
- Hangarter, RP (1997). แรงโน้มถ่วงแสงและรูปแบบของพืช พืชเซลล์และสิ่งแวดล้อม 20, 796–800
- Masson, PH, Tasaka, M. , Morita, MT, Guan, C. , Chen, R. , Masson, PH, … Chen, R. (2002) Arabidopsis thaliana: แบบจำลองสำหรับการศึกษารากและยิง Gravitropism (หน้า 1–24)
- โมริตะ, มอนแทนา (2010). การตรวจจับแรงโน้มถ่วงแบบกำหนดทิศทางใน Gravitropism การทบทวนชีววิทยาพืชประจำปี 61, 705–720
- Öpik, H. , & Rolfe, S. (2005). สรีรวิทยาของพืชดอก. (CU Press, Ed.) (ฉบับที่ 4)
- Sato, EM, Hijazi, H. , Bennett, MJ, Vissenberg, K. , & Swarup, R. (2017) ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับการส่งสัญญาณแรงโน้มถ่วงของราก วารสาร Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L. , และ Zeiger, E. (2002). สรีรวิทยาของพืช (ฉบับที่ 3). Sinauer Associates
- Toyota, M. , & Gilroy, S. (2013). Gravitropism และการส่งสัญญาณเชิงกลในพืช American Journal of Botany, 100 (1), 111–125
- Wolverton, C. , Paya, AM, & Toska, J. (2011). มุมหมวกรากและอัตราการตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วงไม่ถูกแยกออกจากการกลายพันธุ์ของ Arabidopsis pgm-1 Physiologia Plantarum, 141, 373–382