Geotropismo este influența gravitației asupra mișcării plantelor. Geotropismul provine din cuvintele „geo” care înseamnă pământ și „tropism”, care înseamnă mișcare cauzată de un stimul (Öpik & Rolfe, 2005).
În acest caz, stimulul este gravitația și ceea ce se mișcă este planta. Deoarece stimulul este gravitația, acest proces este cunoscut și sub numele de gravitropism (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Timp de mulți ani, acest fenomen a trezit curiozitatea oamenilor de știință, care au investigat modul în care această mișcare are loc la plante. Multe studii au arătat că diferite zone ale plantei cresc în direcții opuse (Chen și colab., 1999; Morita, 2010; Toyota și Gilroy, 2013).
S-a observat că forța gravitației joacă un rol fundamental în orientarea părților unei plante: partea superioară, formată de tulpină și frunze, crește în sus (gravitropism negativ), în timp ce partea inferioară este formată din rădăcini, crește în jos în direcția gravitației (gravitropism pozitiv) (Hangarter, 1997).
Aceste mișcări mediate de gravitație asigură că plantele își îndeplinesc corect funcțiile.
Partea superioară este orientată spre lumina soarelui pentru a realiza fotosinteza, iar partea inferioară este orientată spre fundul pământului, astfel încât rădăcinile să poată ajunge la apă și nutrienți necesari pentru dezvoltarea lor (Chen et al., 1999 ).
Cum apare geotropismul?
Plantele sunt extrem de sensibile la mediu, acestea pot influența creșterea lor în funcție de semnalele pe care le percep, de exemplu: lumină, gravitație, atingere, nutrienți și apă (Wolverton, Paya și Toska, 2011).
Geotropismul este un fenomen care apare în trei faze:
Detectarea : percepția gravitației este realizată de celule specializate numite statociste.
Transducție și transmisie : stimulul fizic al gravitației este transformat într-un semnal biochimic care este transmis altor celule ale plantei.
Răspuns : celulele receptorului cresc astfel încât să se genereze o curbură care să modifice orientarea organului. Astfel, rădăcinile cresc în jos și tulpinile în sus, indiferent de orientarea plantei (Masson și colab., 2002; Toyota și Gilroy, 2013).
Figura 1. Exemplu de geotropism la o plantă. Notă diferența de orientare a rădăcinilor și tulpinii. Editat de: Katherine Briceño.
Geotropismul în rădăcini
Fenomenul înclinării rădăcinii spre gravitație a fost studiat pentru prima dată în urmă cu mulți ani. În celebra carte „Puterea mișcării în plante”, Charles Darwin a raportat că rădăcinile plantelor tind să crească spre gravitație (Ge & Chen, 2016).
Gravitatea este detectată în vârful rădăcinii și aceste informații sunt transmise către zona de alungire, pentru a menține direcția de creștere.
Dacă există modificări de orientare în raport cu câmpul gravitațional, celulele răspund modificându-și mărimea, astfel încât vârful rădăcinii continuă să crească în aceeași direcție a gravitației, prezentând geotropism pozitiv (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg și Swarup) , 2017; Wolverton și colab., 2011).
Darwin și Ciesielski au arătat că există o structură la vârful rădăcinilor care era necesară pentru ca geotropismul să apară, ei au numit această structură „capac”.
Ei au postulat că capacul a fost responsabil de detectarea schimbărilor în orientarea rădăcinilor, în ceea ce privește forța gravitației (Chen și colab., 1999).
Studiile ulterioare au arătat că în șepcă există celule speciale care sedimentează în direcția gravitației, aceste celule se numesc statocisti.
Statocistii conțin structuri asemănătoare cu piatra, ele sunt numite amiloplaste, deoarece sunt pline de amidon. Amiloplastele, fiind foarte dense, sedimentează chiar în vârful rădăcinilor (Chen și colab., 1999; Sato și colab., 2017; Wolverton și colab., 2011).
Din studiile recente în biologia celulară și moleculară, înțelegerea mecanismului care guvernează geotropismul rădăcinii s-a îmbunătățit.
S-a dovedit că acest proces necesită transportul unui hormon de creștere numit auxin, acest transport este cunoscut sub numele de transport de polimer auxiliar (Chen și colab., 1999; Sato și colab., 2017).
Acest lucru a fost descris în anii 1920 în modelul Cholodny-Went, care propune că curburile de creștere se datorează unei distribuții inegale a auxinelor (Öpik & Rolfe, 2005).
Geotropism în tulpini
Un mecanism similar apare în tulpinile plantelor, cu diferența că celulele lor răspund diferit la auxină.
În lăstarii tulpinilor, creșterea concentrației locale de auxină favorizează expansiunea celulară; opusul apare în celulele radiculare (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Sensibilitatea diferențială la auxină ajută la explicarea observației inițiale a lui Darwin că tulpinile și rădăcinile răspund în mod opus gravitației. Atât la rădăcini, cât și la tulpini, auxina se acumulează spre gravitație, pe partea inferioară.
Diferența este că celulele stem răspund în mod opus celulelor radiculare (Chen și colab., 1999; Masson și colab., 2002).
La rădăcini, expansiunea celulară este inhibată pe partea inferioară și se generează curbura spre gravitație (gravitropism pozitiv).
În tulpini, Auxina se acumulează și pe partea inferioară, cu toate acestea, expansiunea celulară crește și duce la curbura tulpinii în direcția opusă gravitației (gravitropism negativ) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Referințe
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). Gravitropism la plante superioare. Fiziologia plantelor, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Gravitropism negativ la rădăcinile plantelor. Nature Plants, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Gravitatea, lumina și forma plantelor. Plantă, celulă și mediu, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH, … Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: un model pentru studiul gravitropismului rădăcină și de tragere (pp. 1-24).
- Morita, MT (2010). Sensibilitatea direcțională a gravitației în gravitarea. Analiza anuală a biologiei plantelor, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Fiziologia plantelor cu flori. (CU Press, Ed.) (Ediția a 4-a).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Noi perspective în semnalizarea gravitropică rădăcină. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Fiziologia plantelor (ediția a III-a). Asociații Sinauer.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Gravitropism și semnalizare mecanică în plante. American Journal of Botany, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM și Toska, J. (2011). Unghiul capacului rădăcinii și rata de răspuns gravitropic nu sunt corelate în mutantul Arabidopsis pgm-1. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.