Grawipercepcja roślin

Agnieszka Buda, Tadeusz Zawadzki

Zakład BiofizykiInstytut BiologiiUniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie

• Ruchy roślin, niezależne i zależne od bodźca, w tym grawitacyjnego

• O współpracy z Prof. Tadeuszem Chojnickim i możliwości działania pływów na ruchy roślin

• Co obecnie wiadomo na temat odczuwania grawitacji przez rośliny

• Ruchy autonomiczne, czyli cirkumnutacje i ich obserwacja w naszym laboratorium

Ruchy roślin zależne od bodźca

grawitropizm

nyktinastia

fototropizm

sejsmonastia

tigmonastia

Autonomiczne ruchy roślin

cirkumnutacjewinnej latorośli

cirkumnutacje hypokotyli słonecznika

htt

p:/

/sunflow

er.

bio

.india

na.e

du/~

rhangart

/pla

ntm

oti

on/

start

here

.htm

l

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

Pora dnia

12 : 00 00 : 00 12 : 00

Cza

s (d

ni)

25

20

15

10

5

1

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

 LD

P [a.u.] LL

P [a.u.] LD/LL

P [a.u.]

123h 49min 132.4 7d 02h

40min23.3 8d 12h

48min130.1

2 24h 23min 107.8 8d 12h 48min

22.86d 02h 17min

59.1

3 8d 12h 48min

54.321d 08h

00min 18.1 24h 23min 54.3

410d 16h

00min 36.8 28d 10h 40min

10.621d 08h

00min 44.6

57d 02h 40min 30.0

9d 11h 33min 9.9 23h 49min 32.8

66d 02h 17min 14.5 10d 16h

00min9.6

7d 02h 40min 32.1

721d 08h

00min 5.0 14d 05h 20min

9.510d 16h

00min 24.9

Składowe harmoniczne rytmu długości cirkumnutacji

Roczne wahania grawitacji

Odpowiedź grawitropowa może być zahamowana w klinostacie

Cirkumnutacje i fluktuacje grawitacji – analiza Fouriera

Częstotliwość [ilość cykli/doba]

0,0

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5

Gęsto

ść m

ocy

0,0

0,5

1,0

1,5

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

12h

24 h

14dni

Roślina

Grawitacja

Analiza Fourierowska cirkumnutacji i wahań grawitacyjnych

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,20

Gęs

tość

mo

cy

0,0

0,5

1,0

1,5

7dni

14dni

9dni

28 dni

Częstotliwość (ilość cykli/doba)

RoślinaGrawitacja

O słoneczniku, który ruch Księżyca śledził

8-May-01 18-May-01 28-May-01 7-Jun-01 17-Jun-01 27-Jun-01DATA

-170-160-150-140-130-120-110-100-90-80-70-60-50-40-30-20-10

010

MIL

IME

TRY

Roślina

Roślina - część długookresowa

Model szczegółowy

Model ogólny - opóźnienie stałe

Model ogólny - opóźnienie zerowe

Model APROX

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

EpKEn

WO

Przemieszczanie statolitów pod wpływem zmiany kierunku g

Chen, Rosen and Masson (1999) Gravitropism in higher plants. Plant Physiol 120: 343-350

Etap IPercepcja 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)

Ca2+

inside

outside

Etap IIIOdpowiedź wzrostowa - auksyny

Ścieżka transdukcji bodźca grawitacyjnego

Dlaczego ułożona poziomo roślina wygina pęd do góry a korzeń do dołu?

Stężenie auksyny

Wzr

ost

łodyga

korzeń

Znaczenie grawitropizmu

•Pędy i korzenie (o ile zachodzą w nich jeszcze procesy wzrostowe) odzyskują pionową orientację po zachwianiu jej przez deszcze i wiatry

•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

Rośliny w mikrograwitacji misja STS-87 Columbia

-g

Ceratodon purpureus

Zakład Biofizyki, Instytut BiologiiUniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie