Geotropismo je vliv gravitace na oběh rostlin. Geotropismus pochází ze slov „geo“, což znamená země a „tropismus“, což znamená pohyb způsobený podnětem (Öpik & Rolfe, 2005).
V tomto případě je stimulem gravitace a to, co se pohybuje, je rostlina. Protože je stimulem gravitace, je tento proces také známý jako gravitropismus (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Po mnoho let tento jev vzbudil zvědavost vědců, kteří zkoumali, jak k tomuto pohybu dochází v rostlinách. Mnoho studií ukázalo, že různé oblasti rostliny rostou opačným směrem (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
Bylo pozorováno, že gravitační síla hraje zásadní roli v orientaci částí rostliny: horní část, tvořená stonkem a listy, roste vzhůru (negativní gravitropismus), zatímco spodní část se skládá z kořeny, roste dolů ve směru gravitace (pozitivní gravitropismus) (Hangarter, 1997).
Tyto pohyby zprostředkované gravitací zajišťují, že rostliny řádně vykonávají své funkce.
Horní část je orientována na sluneční světlo, aby se provedla fotosyntéza, a spodní část je orientována na spodní část země, takže kořeny mohou dosáhnout vody a živin nezbytných pro jejich vývoj (Chen et al., 1999).
Jak probíhá geotropismus?
Rostliny jsou velmi citlivé na životní prostředí, mohou ovlivnit jejich růst v závislosti na signálech, které vnímají, například: světlo, gravitace, dotyk, živiny a voda (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Geotropismus je jev, který se vyskytuje ve třech fázích:
Detekce: vnímání gravitace je prováděno specializovanými buňkami zvanými statocysty.
Transdukce a přenos: fyzický stimul gravitace je přeměněn na biochemický signál, který je přenášen do jiných buněk rostliny.
Odpověď: receptorové buňky rostou takovým způsobem, že se vytvoří zakřivení, které mění orientaci orgánu. Kořeny tak rostou dolů a stonky vzhůru, bez ohledu na orientaci rostliny (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Obrázek 1. Příklad geotropismu v rostlině. Všimněte si rozdílu v orientaci kořenů a stonku. Editoval: Katherine Briceño.
Geotropis v kořenech
Fenomén sklonu kořene k gravitaci byl studován poprvé před mnoha lety. Ve slavné knize „Síla hnutí v rostlinách“ Charles Darwin uvedl, že kořeny rostlin mají tendenci růst směrem k gravitaci (Ge & Chen, 2016).
Gravitace je detekována na špičce kořene a tato informace je přenášena do protažené zóny, aby se zachoval směr růstu.
Dojde-li ke změnám orientace s ohledem na gravitační pole, buňky reagují změnou jejich velikosti tak, aby špička kořene nadále rostla ve stejném směru gravitace a představovala pozitivní geotropismus (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg a Swarup)., 2017; Wolverton a kol., 2011).
Darwin a Ciesielski demonstrovali, že na konci kořenů je struktura, která byla nezbytná pro vznik geotropismu, nazývali tuto strukturu „čepicí“.
Předpokládali, že čepice byla zodpovědná za detekci změn orientace kořenů s ohledem na gravitační sílu (Chen et al., 1999).
Pozdější studie ukázaly, že v čepici jsou speciální buňky, které sedimentují ve směru gravitace, tyto buňky se nazývají statocysty.
Statocysty obsahují kamenné struktury, nazývají se amyloplasty, protože jsou plné škrobu. Amyloplasty, velmi husté sedimenty přímo na špičce kořenů (Chen a kol., 1999; Sato a kol., 2017; Wolverton a kol., 2011).
Z nedávných studií v buněčné a molekulární biologii se zlepšilo porozumění mechanismu, který řídí kořenovou geotropismus.
Ukázalo se, že tento proces vyžaduje transport růstového hormonu nazývaného auxin, tento transport je znám jako transport polárního auxinu (Chen a kol., 1999; Sato a kol., 2017).
To bylo popsáno ve dvacátých letech v modelu Cholodny-Went, který navrhuje, aby růstové křivky byly způsobeny nerovnoměrným rozdělením auxinů (Öpik & Rolfe, 2005).
Geotropis v stoncích
Podobný mechanismus se vyskytuje v stoncích rostlin s tím rozdílem, že jejich buňky reagují odlišně na auxin.
Ve výhoncích stonků zvyšuje lokální koncentrace auxinu expanzi buněk; opak se vyskytuje v kořenových buňkách (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Rozdílná citlivost na auxin pomáhá vysvětlit Darwinovo původní pozorování, že stonky a kořeny reagují opačným způsobem než gravitace. V kořenech i stoncích se auxin hromadí směrem k gravitaci na spodní straně.
Rozdíl je v tom, že kmenové buňky reagují opačně než na kořenové buňky (Chen a kol., 1999; Masson a kol., 2002).
V kořenech je na spodní straně inhibována expanze buněk a je generováno zakřivení směrem k gravitaci (pozitivní gravitropismus).
Ve stoncích se auxin také akumuluje na spodní straně, avšak expanze buněk se zvyšuje a má za následek zakřivení stonku v opačném směru k gravitaci (negativní gravitropismus) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Reference
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). Gravitropismus ve vyšších rostlinách. Plant Physiology, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Negativní gravitropis v kořenech rostlin. Nature Plants, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Gravitace, světlo a forma rostlin. Plant, Cell and Environment, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH,… Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: Model pro studium kořenové a výhonové gravitace (str. 1–24).
- Morita, MT (2010). Directional Gravity Sensing in Gravitropism. Roční přehled rostlinné biologie, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Fyziologie kvetoucích rostlin. (CU Press, Ed.) (4. ed.).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Nové pohledy na gravitropickou signalizaci kořene. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Fyziologie rostlin (3. vydání). Sinauer Associates.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Gravitropismus a mechanická signalizace v rostlinách. American Journal of Botanany, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM a Toska, J. (2011). Úhel kořenové čepice a míra gravitropické reakce jsou v mutantu Arabidopsis pgm-1 rozpojeny. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.