Что такое и как происходит фототропизм у растений?

Как действует фототропизм?

Сегодня мы знаем, что белки, называемые фототропинами, являются основными фоторецепторами, ответственными за обнаружение света во время фототропизма. Как и другие растительные фоторецепторы, состоят они из белка, связанного с поглощающей свет органической молекулой, называемой хромофором. Фототропины поглощают свет в синем диапазоне спектра. Активизируясь, они могут изменять активность других белков в клетке.
Разный уровень освещённости приводит к различным уровням активации фототропина, и он он «спускает» по стеблю сигнальное вещество — ауксин.
Больше ауксина вырабатывается на затенённой стороне, меньше — на освещённой.

Каскад взаимодействий между различными белками в клетках в конечном счете изменяет структуру клеток растения. Клетки на затемнённой стороне побега удлиняются, в то время как хорошо освещённые остаются более компактными. По мере того, как теневая сторона растения растёт, побег в целом наклоняется от этой стороны и к свету.

Недавние исследования показали, что перестройка может происходить на удивление быстро. Уже в течение нескольких минут после воздействия света клетки растений могут начать изменять свою структуру.

Эксперименты с фототропизмом

В 1880 году Чарльз Дарвин и его сын Фрэнсис опубликовали статью, в которой они описали способность саженцев травы наклоняться к свету. В частности, они изучили эту реакцию у очень молодых растений, которые только что проросли. Их листья и побеги все еще были покрыты оболочкой, называемой колеоптиль (греч. koleós — ножны и греч. ptíon — перо).Отец и сын пробовали закрывать от света либо кончик, либо нижнюю часть колеоптиля. Благодаря этим экспериментам они обнаружили, что свет воспринимался именно на верхушке растения. Однако реакция изгиб (удлинение клеток с теневой стороны) – имел место значительно ниже кончика. Учёные пришли к выводу, что какой-то сигнал направлялся вниз от кончика растения к стеблю.

Опыт с пластинкой показывает, что химический сигнал передаётся только по затенённой части стебляОпыт с колпачком показывает, что химический сигнал передаётся именно от верхушки стебля

В 1913 году датский физиолог Питер Бойсен-Йенсен продолжил эту работу, показав, что химический сигнал, подаваемый на наконечнике, действительно отвечал за изгибание растений:

• Он отрезал кончик колеоптиля, покрыл срез желатином и вернул кончик на место. Растение продолжало сгибаться, когда подвергалось воздействию света.
• В другом эксперименте датчанин использовал вместо желатина непроницаемую пластинку слюды, и растение не реагировало на источник света. Стало понятно, что некий химический сигнал передаётся вниз по стеблю.

Бойсен-Йенсен также смог показать, что мобильный сигнал путешествовал именно по затенённой стороне его рассады. Когда пластинка вставлялась в стебель только с освещённой стороны, растение сгибалось к свету. Если она оказывалась с теневой стороны, реакции не возникало. Результаты этого эксперимента показали, что сигнал был стимулятором, а не репрессором роста. Ведь клетки удлинялись именно с затенённой стороны стебля, поворачивая всё растение по направлению к свету.

Почему происходит фототропизм?

Растениям нужен свет, чтобы обеспечить производство своей энергии. Этот процесс называется фотосинтезом. Свет, создаваемый солнцем или из других источников, вместе с водой и двуокисью углерода необходим для производства сахаров, которые используются растениями в качестве энергии. В процессе фотосинтеза, также образуется кислород, и многие жизненные формы на Земле нуждаются в нем для дыхания.

Фототропизм, вероятно, является механизмом выживания растений, позволяющим получать как можно больше света. Когда листья растений направлены к свету, фотосинтез может происходить гораздо активней, позволяя генерировать больше энергии.

Тропизм растений

Ответные реакции растений на различные односторонние воздействия раздражителей внешней среды (свет, земное притяжение, химические вещества и др.) заключаются в направленных ростовых и сократительных движениях (изгибах) органов растения, приводящих к изменению его ориентации в пространстве. Ростовые движения зависят от вида раздражителя, механизм действия которого на растения сложен. Эти движения могут возникать в растущих частях растений, как следствие более быстрого роста клеток, расположенных на одной стороне органа растения (стебле, корне, листе). В органах растения возникают растяжения, связанные с асимметричным распределением в них фитогормонов роста растений — ауксина и абсцизовой кислоты и др.

Тропизмы различают в зависимости от вида раздражителя.

Геотропизм

Основная статья: Геотропизм

Геотропизм связан с воздействием на растения силы тяжести Земли. При положительном геотропизме рост главного корня направлен строго вниз по направлению к центру Земли, что связано не только с деятельностью гормонов, но и с особыми крахмальными зёрнами в корневом чехлике, выполняющим роль статолита. Отрицательный геотропизм характерен для главного стебля.

Фототропизм

Основная статья: Фототропизм

Фототропизм, или гелиотропизм вызывает направленный изгиб растения к источнику света. Этот изгиб имеет химическую природу. Под влиянием фитогормона ауксина на теневой стороне деление и рост клеток интенсивнее по сравнению со световой стороной, где ауксина меньше и рост клеток замедлен. В связи с этим растение изгибается в сторону клеток медленно растущих, то есть к свету. У стеблей наблюдается положительный фототропизм, корней — отрицательный, листьев — поперечный. Примером поперечного гелиотропизма, который свойствен, скажем, листьям растений, живущих в засушливых зонах, например, листьям эвкалиптовых деревьев. В солнечный день эти листья поворачиваются ребром и пропускают солнечные лучи мимо себя так, что найти тень в эвкалиптовой роще является нелегкой задачей. Такие деревья демонстрируют, так сказать, «обратный эффект жалюзи».

Благодаря положительному фототропизму растения образуют листовую мозаику, то есть листья в пространстве располагаются так, чтобы максимально использовать свет.

Гидротропизм

Основная статья: Гидротропизм

Гидротропизм, (от гидро… и тропизмы) — реакция ориентирования организмов (особей, популяций) к воде (положительный гидротропизм) или от воды (отрицательный гидротропизм). Например, все корни растений направлены к источнику влаги.

Гигротропизм

Гигротропизм, (от гигро… и тропизмы) — движение или рост по отношению к влажности (сырости). Термин близок к термину гидротропизм.

Хемотропизм

Основная статья: Хемотропизм

Хемотропизм вызывает движение растений под влиянием химических соединений. Наиболее яркий пример хемотропизма — рост корней в сторону больших концентраций питательных веществ в почве.

Термотропизм

Основная статья: Термотропизм

Движение растений или частей растения в ответ на изменение температуры. Типичным примером термотропизма является скручивание листьев рододендрона при понижении температуры. Мимоза стыдливая также проявляет термотропизм в форме сворачивания листочков на общем черешке листа при понижении температуры.

Аэротропизм

Основная статья: Аэротропизм

Хемотаксические искривления, наблюдаемые на корнях и стеблях различных растений, подвергающихся одностороннему воздействию газообразных веществ (углекислоты, кислорода и других).

Как раньше ученые объяснили фототропизм?

Ранние мнения о причинах фототропизма варьировались среди различных ученых. Теофраст (371 г. до н.э.-287 г. до н.э.) считал, что фототропизм вызывает уменьшение жидкости с освещаемой стороны стебля растения, а позднее Фрэнсис Бэкон (1561-1626) предположил, что фототропизм вызван увяданием.

Роберт Шаррок (1630-1684) полагал, что растения изгибаются в ответ на «свежий воздух», а Джон Рэй (1628-1705) думал, что растения склоняются к более прохладным температурам ближе к окну.

Чарльз Дарвин (1809-1882) решил провести первые соответствующие эксперименты по фототропизму. Он предположил, что кривизну вызывает вещество, вырабатываемое в верхушке растения.

Дарвин экспериментировал, накрывая верхушки некоторых растений и оставлял другие открытыми. Растения с накрытыми верхушками не сгибались к свету. Когда он накрыл нижнюю часть стеблей, но оставил открытым вверх, то растения двигались к свету.

Дарвин не знал, какое «вещество» вырабатывается в верхушках растений, а также как оно вызывает изгиб. Тем не менее, Николай Чолодный и Фриц Вент в 1926 году обнаружили, что высокие концентрации этого вещества перемещаются на затененную сторону стебля растения, приводя к его изгибу, чтобы верхушка двигалась к свету. Точный химический состав вещества, признанного первым идентифицированным растительным гормоном, не был выяснен до тех пор, пока не был выделен Кеннетом Тиманн (1904-1977), идентифицировавшим его как индол-3-уксусная кислота (ИУК) или ауксин.

Виды тропизмов, настии, таксисы у растений

Гидротропизм – движения корня вызванные односторонним движением воды.

3. Аэротропизм – движения корня, вызванные неравномерным распределением О2.

4. Тигмотропизм – реакция лазающих и вьющихся растений на одностороннее механическое воздействие.

Настии – движения, вызванные диффузным действием фактора. Οʜᴎ делятся на два типа:

Эпинастии – изгиб вниз, гипонастии – изгиб вверх. Характерен для органов, имеющих дорзовентральное строение (листья). К эпинастиям относят полегание хлебов, опускание ветвей, листьев, к гипонастиям – закрывание цветков.

1. Термонастии – движение вызванные сменой t: у тюльпанов, кактусов при повышении t – цветки раскрываются, при понижении закрываются.

2. Фотонастии – движения, вызванные сменой света и темноты, к примеру, у одуванчика при наступлении темноты цветки закрываются (гипонастии) на свету открываются (эпинастии), у табака – наоборот.

3. Никтинастии – движение цветков и листьев, связанных с комбинированным изменением света и t, что происходит при смене дня ночью. К примеру, у клевера, утром листья поднимаются (эпинастии).

4. Сейсмонастии – движения, вызванные толчком или прикосновением, к примеру, у стыдливой мимозы при прикосновении листья опускаются.

5. Автонастии – самопроизвольные ритмические движения листьев, не связанные с каким- либо изменением внешних условий. К примеру, листья фасоли в течение 1 часа листья опускаются и поднимаются.

термонастии фотонастии

(от фото… и греч. trópos √ поворот), изменение направления роста органов растений под влиянием односторонне падающего света. Различают положительный Ф., например изгиб стебля к источнику света, плагиотропизм, или диатропизм , пластинок листьев, становящихся под углом к падающему свету, и отрицательный Ф. √ изгиб органа в сторону, противоположную источнику света (например, верхушек некоторых корней, стеблей плюща). Один и тот же орган может быть положительно фототропичным при слабом свете, отрицательно √ при сильном и совершенно не проявлять Ф. при среднем. Способность к Ф. у растений различных видов не одинакова. Она может изменяться и у растений одного вида (у молодых особей она при прочих равных условиях всегда больше, чем у более взрослых), а у одного и того же растения обнаруживается в более молодых органах. Ф. стеблей и листьев способствует равномерному расположению листьев на растении, вследствие чего они мало затеняют друг друга (см. Листовая мозаика ); благодаря положительному Ф., а также отрицательному геотропизму верхушки проростков выходят на поверхность почвы даже при очень глубокой заделке семян.

Процесс Ф. слагается из ряда последовательных реакций: восприятия светового раздражения, возбуждения клеток и тканей, передачи возбуждения к клеткам и тканям ростовой зоны органа и, наконец, усиления или ослабления роста клеток и тканей этой зоны, влекущих за собой Ф. Восприятие светового возбуждения осуществляется специфическим фотоактивным комплексом, в состав которого входят каротиноиды и флавиновые пигменты.

Разновидности тропизма растений

В этом разделе мы рассмотрим тропизм растений самых распространенных видов. Можем выделить такие типы, как:

• фототропизм;
• геотропизм;
• хемотропизм;
• гидротропизм;
• тигмотропизм;
• термотропизм;
• электротропизм.

Теперь пару слов о каждом виде. О первом мы уже немного рассказали. Фототропизм – это изгиб растения в результате одностороннего воздействия света. Он может себя никак не проявлять, если после долгого нахождения в темноте озарить растение ярким светом.

Геотропизм – это изгиб осевых органов растения в связи с действием земного тяготения. Если геотропизм положительный, то растение прорастает неправильно относительно земли. Хемотропизм вызывается неравномерным распределением химических веществ в почве. Гидротропизм вызван неправильным распределением воды. Тигмотропизм вызывается физическим воздействием (соприкосновение, давление и так далее). Термотропизм происходит под воздействием одностороннего воздействия тепла, а электротропизм – электрического тока.

Обозначим еще и то, что гидротропизм и тигмотропизм – это разновидности хемотропизма.

Тропизм микроорганизмов

Тропизм у паразитов выражается в свойстве избирать в качестве среды обитания определённые организмы (видовой тропизм) или органы (органный, или тканевой, тропизм). Видовой тропизм обусловливает круг резервуаров и источников возбудителей инфекционных и паразитарных болезней, органный — место локализации возбудителя и специфического патологического процесса в организме хозяина.
Знания о тропизме используют при заборе материала для микробиологического исследования. Органный тропизм высоко выражен у вирусов, менее у облигатно-патогенных бактерий, мало — у условно-патогенных бактерий и грибов.

Интересные факты о фототропизме

• Если у вас есть растение, испытывающее на окне фототропизм, попробуйте повернуть его в противоположном направлении, чтобы оно было отвернуто от света. Растению требуется всего около восьми часов для возвращения к свету.
• Некоторые растения растут от света, явление, называемое отрицательным фототропизмом. Это происходит из-за изгиба верхних частей корня.
• Настические движения схожи с фототропизмом, поскольку также связаны с движением растения из-за определенного раздражителя, но они осуществляются не к световому стимулу, а в заданном направлении. Движение определяется самим растением, а не светом. Примером настии является открытие и закрытие листьев или цветов из-за наличия или отсутствия света.

Виды тропизмов

— Геотропизм. Орган растения делает изгиб при влиянии силы тяжести.

— Фототропизм — изгиб, вызванный влиянием световых источников. Он проходит через неравномерное распределение стимуляторов роста в стебле. На теневой стороне, таких стимуляторов (по-научному ауксина) скапливается намного больше, соответственно клеточный рост проходит гораздо интенсивней.

— Хемотропизм. Вид движений, вызванный влиянием химических реагентов. Ярким примером такого явления служит изгиб корней. В растворах почвенных солей, находятся катионы, вызывающие отрицательный хемотропизм и анионы — соответственно положительный. Именно поэтому происходит рост корней в сторону удобренной почвы.

— Тигмотропизм.

Тропизм

Итак, тропизм – это изгибание какой-либо части растения, с греческого данный термин переводится как «поворот». Данный дефект может быть вызван рядом факторов, куда относят:

• свет;
• силу тяжести и многие другие.

Тропизм – это процесс, в результате которого на одной стороне побега (листа, стебля или других частей растения) более быстро растут клетки

Если мы решили охарактеризовать данное заболевание, то первое, на что стоит обратить внимание, – это фактор, вызвавший его. Для примера возьмем фототропизм, который наиболее часто встречается в нашей жизни

Это выражается как поворот растения или некоторых его органов в одну сторону, это вызвано односторонним освещением. При этом можно выделить два вида фототропизма:

• положительный (если растение поворачивается к источнику света);
• отрицательный (если растение отворачивается от источника света).

Что еще касается фототропизма, впервые это явление начал изучать Чарльз Дарвин. Он отметил, что верхушка растения способна отвечать на световые раздражения, что и приводит к изгибу. Ответная реакция приходится на зону растяжения, то есть немного ниже участка, который реагирует на свет. Это открытие позволяет утверждать и то, что рецепторы и клетки, которые отвечают на раздражения, разобщены, что привело к раздумьям о существовании гормонов, действующих и синтезирующихся в разных местах. Сейчас предлагаем рассмотреть некоторые разновидности тропизма, с одним из них мы познакомились в данном разделе.