Geotropismo הוא השפעת הכבידה על התנועה של צמחים. הגיאוטרופיזם בא מהמילים "ג'יאו" שמשמעותה אדמה ו"טרופיזם "שמשמעותה תנועה הנגרמת על ידי גירוי (Öpik & Rolfe, 2005).
במקרה זה, הגירוי הוא כוח המשיכה ומה שזז הוא הצמח. מכיוון שהגירוי הוא כוח המשיכה, תהליך זה ידוע גם בשם גרוויטרופיזם (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
במשך שנים רבות תופעה זו עוררה את סקרנותם של מדענים, שחקרו כיצד התנועה הזו מתרחשת בצמחים. מחקרים רבים הראו כי אזורים שונים של הצמח צומחים בכיוונים מנוגדים (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
נצפה כי כוח הכובד ממלא תפקיד מהותי בהתמצאות חלקי הצמח: החלק העליון, הנוצר על ידי הגבעול והעלים, גדל כלפי מעלה (גרוויטרופיזם שלילי), ואילו החלק התחתון מורכב שורשים, צומחת כלפי מטה לכיוון הכובד (גרביטרופיזם חיובי) (Hangarter, 1997).
תנועות אלו המתווכות בכוח המשיכה מבטיחות כי הצמחים מבצעים את תפקודם כראוי.
החלק העליון מכוון לאור השמש לביצוע פוטוסינתזה, והחלק התחתון מכוון לקרקעית האדמה, כך שהשורשים יוכלו להגיע למים וחומרים מזינים הנחוצים להתפתחותם (Chen et al., 1999 ).
כיצד מתרחש הגיאוטרופיזם?
צמחים רגישים ביותר לסביבה, אלה יכולים להשפיע על צמיחתם בהתאם לאותות שהם תופסים, למשל: אור, כוח משיכה, מגע, חומרים מזינים ומים (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
גיאוטרופיזם הוא תופעה המתרחשת בשלושה שלבים:
גילוי : תפיסת הכובד מתבצעת על ידי תאים מיוחדים הנקראים סטטוציסטים.
הולכה והעברה : גירוי הכובד הפיזי מומר לאות ביוכימי המועבר לתאים אחרים של הצמח.
תשובה : תאי הקולטנים צומחים באופן שנוצר עקמומיות שמשנה את כיוון האיבר. כך, השורשים צומחים כלפי מטה והגבעולים כלפי מעלה, ללא קשר לכיוון הצמח (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
איור 1. דוגמה לגיאוטרופיזם בצמח. שימו לב להבדל בכיוון השורשים והגבעול. עריכה: קתרין בריסנו.
גיאוטרופיזם בשורשים
תופעת נטיית השורש לכוח הכבידה נחקרה לראשונה לפני שנים רבות. בספר המפורסם "כוח התנועה בצמחים" דיווח צ'רלס דארווין כי שורשי הצמח נוטים לצמוח לכיוון הכובד (Ge & Chen, 2016).
הכבידה מתגלה בקצה השורש ומידע זה מועבר לאזור ההתארכות, בכדי לשמור על כיוון הצמיחה.
אם יש שינויים באוריינטציה ביחס לשדה הכובד, התאים מגיבים על ידי שינוי גודלם, באופן שקצה השורש ממשיך לצמוח באותו כיוון הכובד, תוך הצגת גיאוטרופיזם חיובי (סאטו, חיג'אזי, בנט, ויסנברג, וסאראפ , 2017; Wolverton et al., 2011).
דארווין וסיסלסקי הדגימו שיש מבנה בקצה השורשים שהיה נחוץ בכדי להתרחש הגיאוטרופיזם, הם כינו מבנה זה "כובע".
הם הניחו כי הכובע אחראי על איתור שינויים בכיוון השורשים, ביחס לכוח הכובד (Chen et al., 1999).
מחקרים מאוחרים יותר הראו כי בכיפה יש תאים מיוחדים המשקעים בכיוון הכובד, תאים אלה נקראים סטטוציסטים.
סטטוציסטים מכילים מבנים דמויי אבן, הם נקראים עמילופלסטים מכיוון שהם מלאים בעמילן. עמילופלסטים, בהיותם צפופים מאוד, משקעים ממש בקצה השורשים (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
ממחקרים שנערכו לאחרונה בביולוגיה של תאים ומולקולרית, השתפרה ההבנה של המנגנון השולט בגיאוטרופיזם שורש.
הוכח שתהליך זה דורש הובלת הורמון גדילה הנקרא אוקסין, הובלה זו מכונה הובלת אוקסין קוטבית (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
זה תואר בשנות העשרים של המאה הקודמת במודל Cholodny-Went, שמציע כי עקומות הגידול נובעות מהתפלגות לא אחידה של אוקסינים (Öpik & Rolfe, 2005).
גיאוטרופיזם בגבעולים
מנגנון דומה מתרחש בגבעולים של צמחים, עם ההבדל שהתאים שלהם מגיבים בצורה שונה לאוקסין.
בקלעי הגבעולים, הגדלת הריכוז המקומי של אוקסין מקדמת את התרחבות התאים; ההפך מתרחש בתאי שורש (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
רגישות דיפרנציאלית לאאוקסין מסייעת להסביר את ההתבוננות המקורית של דרווין שגבעולים ושורשים מגיבים בצורה הפוכה לכוח המשיכה. בשורשים ובגבעולים כאחד, אוקסין מצטבר לכיוון כוח המשיכה, בחלק התחתון.
ההבדל הוא שתאי גזע מגיבים בצורה הפוכה לתאי שורש (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
בשורשים מעכבים את התרחבות התאים בצד התחתון ונוצרת עקמומיות לכוח הכבידה (גרוויטרופיזם חיובי).
בגבעולים, אוקסין מצטבר גם הוא בצד התחתון, עם זאת, התרחבות התאים מתגברת ומביאה לעקמת הגבעול בכיוון ההפוך לכובד (גרביטרופיזם שלילי) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & זייגר, 2002).
הפניות
- חן, ר., רוזן, א., ומסון, פ.פ. (1999). גרביטרופיזם בצמחים גבוהים יותר. פיזיולוגיה של הצומח, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). גרביטרופיזם שלילי בשורשי הצמח. צמחי טבע, 155, 17-20.
- Hangarter, RP (1997). צורת כוח משיכה, אור וצמח. צמח, תא וסביבה, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH, … Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: מודל לחקר שורשים וירות גרוויטרופיזם (עמ '1–24).
- מוריטה, מ.ט. (2010). חישה בכבידה כיוונית בכבידה גרוויטרופיזם. סקירה שנתית של ביולוגיה מהצומח, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). הפיזיולוגיה של צמחים פורחים. (CU Press, Ed.) (מהדורה רביעית).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). תובנות חדשות לגבי איתות גרביטרופי שורש. כתב העת לבוטניקה ניסיונית, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). פיזיולוגיה של הצומח (מהדורה שלישית). מקורבי סינאור.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). גרביטרופיזם ואיתות מכני בצמחים. כתב העת האמריקאי לבוטניקה, 100 (1), 111–125.
- וולברטון, סי, פירה, א.מ., וטוסקה, ג'(2011). זווית כובע השורש ושיעור התגובה הגרביטרופית אינם מנותקים במוטאנט Arabidopsis pgm-1. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.