Grawipercepcja roślin

Grawipercepcja
roślin
Agnieszka Buda, Tadeusz Zawadzki
Zakład Biofizyki
Instytut Biologii
Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie
• Ruchy roślin, niezależne i zależne od bodźca, w tym grawitacyjnego
• Ruchy autonomiczne, czyli cirkumnutacje i ich obserwacja w
naszym laboratorium
• O współpracy z Prof. Tadeuszem Chojnickim i możliwości
działania pływów na ruchy roślin
• Co obecnie wiadomo na temat odczuwania grawitacji przez rośliny
Ruchy roślin zależne od bodźca
sejsmonastia
nyktinastia
grawitropizm
tigmonastia
fototropizm
http://sunflower.bio.indiana.edu/~rhangart/plantmotion/starthere.html
Autonomiczne ruchy roślin
cirkumnutacje
winnej latorośli
cirkumnutacje
hypokotyli słonecznika
Mechanizm generowania cirkumnutacji
Strefa wyginania pędu
(bending zone)
Cirkumnutacje to ruch wzrostowo-turgorowy, powstaje w wyniku:
1.
Helikalnego, nierównomiernego wzrostu, co jest związane
z krążeniem fitohormonów dookoła łodygi
1.
Odwracalnych zmian turgorowych po przeciwstawnych stronach łodygi,
co jest związane z krążeniem dookoła łodygi jonów i wody
Schemat
układu
pomiarowego
Pomiar parametrów cirkumnutacji słonecznika
Cirkumnutacje słoneczników w LD
1
5
Czas (dni)
10
15
20
25
12 : 00
00 : 00
Pora dnia
12 : 00
Okres cirkumnutacji w LD i LL
Długość cirkumnutacji
w różnych warunkach fotoperiodu
rytm swobodnie biegnący
24,8h
Długość cirkumnutacji
w warunkach LD 20:10/LL/LD 20:10
rytm swobodnie biegnący
24,8h
Składowe harmoniczne
rytmu długości cirkumnutacji
LD
P
[a.u.]
LL
P
[a.u.]
LD/LL
P
[a.u.]
1
23h 49min
132.4
7d 02h 40min
23.3
8d 12h 48min
130.1
2
24h 23min
107.8
8d 12h 48min
22.8
6d 02h 17min
59.1
3
8d 12h 48min
54.3
21d 08h 00min
18.1
24h 23min
54.3
4
10d 16h 00min
36.8
28d 10h 40min
10.6
21d 08h 00min
44.6
5
7d 02h 40min
30.0
9d 11h 33min
9.9
23h 49min
32.8
6
6d 02h 17min
14.5
10d 16h 00min
9.6
7d 02h 40min
32.1
7
21d 08h 00min
5.0
14d 05h 20min
9.5
10d 16h 00min
24.9
Roczne wahania grawitacji
Odpowiedź grawitropowa
może być zahamowana w klinostacie
Cirkumnutacje i fluktuacje grawitacji
– analiza Fouriera
14dni
Gęstość mocy
1,5
1,0
Roślina
24 h
Grawitacja
0,5
12h
0,0
11,5
11,0
10,5
10,0
9,5
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Częstotliwość [ilość cykli/doba]
Analiza Fourierowska cirkumnutacji
i wahań grawitacyjnych
14dni
Gęstość mocy
1,5
1,0
Roślina
Grawitacja
28 dni
9dni
0,5
7dni
0,0
0,20
0,19
0,18
0,17
0,16
0,15
0,14
0,13
0,12
0,11
0,10
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0,00
Częstotliwość (ilość cykli/doba)
MILIMETRY
O słoneczniku, który ruch Księżyca śledził
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
-120
-130
-140
-150
-160
-170
8-May-01
Roślina
Roślina - część długookresowa
Model szczegółowy
Model ogólny - opóźnienie stałe
Model ogólny - opóźnienie zerowe
Model APROX
18-May-01
28-May-01
DATA
7-Jun-01
17-Jun-01
27-Jun-01
Średnica pnia drzewa fluktuuje
z rytmem pływów
Zurcher and Cantiani (1998) Nature 392: 665-666
Rytmy lunarne roślin
• pobieranie tlenu w rytmie lunarnym (ziemniaki, marchew)
• wzrost o charakterze periodycznym z okresami 14 i 27 dni
(bób)
• rytmiczna resorpcja wody o okresach 7-dniowych (fasola)
• rytmiczna wymiana gazowa z maksimami w godzinach
rannych ale jednocześnie podczas nowiu i pełni (słonecznik,
pomidor)
• efektywniejsze kiełkowanie, jeżeli nasiona są wysiewane
dwa dni przed nowiem (kukurydza, groch, fasola, melisa,
gorczyca, marchew, lubczyk i in.)
• semilunarny rytm neurotransmiterów pochodzących z roślin
(badania na karaluchach, najsłabsze oddziaływanie przed
pełnią i nowiem)
W. Schad (2001) Earth, Moon and Planets 85-86: 405-409
Potencjalna
grawiwrażliwość
korzenia
W – merystem wierzchołkowy
S – statolity
V – czapeczka korzeniowa
Grawitropizm łogygi
Ep
K
En
WO
Przemieszczanie statolitów pod wpływem
zmiany kierunku g
Chen, Rosen and Masson (1999) Gravitropism in higher plants. Plant Physiol 120: 343-350
Etap I
Percepcja
sygnału
grawitacyjnego
Blancaflor and Masson (2003) Plant gravitropism. Plant Physiol 133:1677-1690
Cytoszkielet
Elison B. Blancaflor (2002) The Cytoskeleton and Gravitropism in Higher Plants.
J Plant Growth Regul 21: 120-136
Kinezyny – motoryczne białka
cytoszkieletu
Etap II
Transdukcja sygnału
(mechanowrażliwe kanały jonowe)
inside
outside
Ca2+
Etap III
Odpowiedź wzrostowa - auksyny
Ścieżka transdukcji
bodźca grawitacyjnego
Dlaczego ułożona poziomo roślina wygina
pęd do góry a korzeń do dołu?
Wzrost
łodyga
korzeń
Stężenie auksyny
Znaczenie grawitropizmu
•Jest przewodnikiem rośliny w środowisku, kieruje
pędy do góry i liście do nich prostopadle, co
umożliwia najlepsze wykorzystanie światła i
najefektywniejszą wymianę gazową (niezbędne w
procesie fotosyntezy)
•Kieruje korzenie do ziemi, gdzie mogą pobierać
wodę i sole mineralne
•Pędy i korzenie (o ile zachodzą w nich jeszcze
procesy wzrostowe) odzyskują pionową orientację
po zachwianiu jej przez deszcze i wiatry
Rośliny w mikrograwitacji
misja STS-87 Columbia
-g
Ceratodon purpureus
Zakład Biofizyki, Instytut Biologii
Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie