Fototropizem: kako svetloba in auxin usmerjata rast rastlin

Fototropizem je rast v smeri svetlobe. Fototropizem je pogost pri rastlinah, pojavlja pa se lahko tudi pri drugih organizmih, kot so glive. V celicah rastline, ki so najbolj oddaljene od svetlobe, se nahaja rastlinski rastni hormon auxin, ki povzroča fototropizem. Zaradi njega se celice na najbolj oddaljeni strani od svetlobe podaljšajo.

Fototropizem je eden od številnih rastlinskih tropizmov ali gibanj, ki se odzivajo na zunanje dražljaje. Rast proti viru svetlobe je pozitivni fototropizem, rast stran od svetlobe pa negativni fototropizem. Večina rastlinskih poganjkov ima pozitivni fototropizem. Korenine imajo običajno negativni fototropizem, čeprav ima lahko gravitropizem večjo vlogo pri obnašanju in rasti korenin. Nekateri poganjki vinske trte imajo negativni fototropizem, kar jim omogoča, da rastejo proti temnim trdnim predmetom in se po njih vzpenjajo.

Osnovni mehanizem

Pri enostranski (unilateralni) svetlobi se avksin kopiči predvsem na temnejši strani stebla in spodbuja podaljševanje celic. Tako bodo celice na strani, ki ni neposredno izpostavljena svetlobi, rasle hitreje kot na nasprotni strani, steblo pa se bo ukrivilo proti viru svetlobe. Ta proces vključuje gensko regulacijo, aktivacijo protonskih črpalk v celični membrani, znižanje pH v steni in aktivacijo encimov (npr. expansinov), kar povzroči zrahljanje celične stene in posledično celicno podaljšanje.

Fotoreceptorji in prenos signala

Fototropizem pri rastlinah, kot je Arabidopsis thaliana, usmerjajo receptorji za modro svetlobo, imenovani fototropini (PHOT1, PHOT2). Ob absorpciji modre svetlobe ti fotoreceptorji avto-fosforilirajo in sprožijo kaskado dogodkov, ki vodi do preusmeritve transportnih beljakovin za avksin (npr. PIN proteini in AUX1), kar ustvari stransko gradientno porazdelitev avksina. Drugi svetlobno občutljivi receptorji v rastlinah so fitokromi, ki zaznavajo rdečo svetlobo, in kriptokromi, ki zaznavajo modro svetlobo; ti receptorji ne upravljajo neposredno osnovnega fototropnega odziva, ampak modulirajo rastne odzive, odzive na senco (shade-avoidance) in razvojne procese.

Klasični eksperimenti in dokazi

Že Darwinovi poskusi z ukrivljenimi koleoptilami in kasnejši poskusi Boysen-Jensena in Wentovega modela so pokazali, da je signal, odgovoren za ukrivljanje proti svetlobi, kemične narave in da se prenaša iz vrha koleoptila v spodnje dele. Went je izoliral snov iz apikalnega dela koleoptila, ki je povzročila podaljšanje celic — to snov so kasneje poimenovali avksin.

Variabilnost in vplivi okolja

• Enostranska svetloba povzroči izrazit fototropni odziv; enakomerno osvetljene rastline se običajno ne ukrivljajo.
• Fototropizem je odvisen od razvojne faze: mladi poganjki in kalčki (npr. koleoptili pri travah) kažejo močan odziv.
• Senca in gostota rastlinskih sosedov sprožita odzive, ki vključujejo fitokrome in kriptokrome — to lahko vodi do podaljšane rasti in spremembe arhitekture rastline (shade-avoidance).
• Cirkadiani ritmi lahko "gate" fototropni odziv, torej čas dneva vpliva na moč ali hitrost ukrivljanja.

Razlike med fototropizmom in drugimi pojavi

Fototropizem temelji na rastni spremembi (ne obratnem gibanju), medtem ko so nekateri gibljivi odzivi rastlin (npr. sledenje soncu ali heliotropizem) hitrejši in pogosto vključujejo spremembo turgorja v celicah. Fototropizem običajno pomeni trajno rastno prilagoditev v smeri svetlobe.

Pomen za ekologijo in kmetijstvo

Fototropizem omogoča rastlinam, da optimizirajo vsrkavanje svetlobe za fotosintezo, kar je ključno za preživetje in rast, zlasti v gosto zaraščenih habitatih. V kmetijstvu in vrtnarstvu je poznavanje fototropnih odzivov pomembno pri načrtovanju sajenja in upravljanju osvetlitve v rastlinjakih, saj usmerjanje rasti vpliva na izkoristek svetlobe, podaljševanje stebel (etiolacija) in kakovost pridelka.

V povzetku: fototropizem je kompleksna interakcija med zaznavanjem svetlobe (fotoreceptorji), usmerjanjem transporta avksina in lokalnim podaljševanjem celic, ki rastlinam omogoča, da rastejo proti svetlobi in s tem bolje izkoriščajo vire za fotosintezo.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je fototropizem?

V: Kateri organizmi poleg rastlin lahko kažejo fototropizem?

V: Kaj je rastlinski rastni hormon, ki povzroča fototropizem?

V: Kaj se zgodi s celicami na najbolj oddaljeni strani od svetlobe v rastlini, ki kaže pozitivni fototropizem?

V: Kakšna je razlika med pozitivnim in negativnim fototropizmom?

V: Kako se imenuje pojav, ko konice poganjkov vinske trte rastejo proti temnim, trdnim predmetom?

V: Kateri receptorji v rastlinah so odgovorni za usmerjanje fototropizma pri Arabidopsis thaliana?

Išči po črki