Was ist Geotropismus oder Gravitropismus?

Geotropismus ist der Einfluss der Schwerkraft auf die Bewegung von Pflanzen. Geotropismus kommt von den Wörtern "geo", was Erde bedeutet, und "tropism", was Bewegung bedeutet, die durch einen Reiz hervorgerufen wird (Öpik & Rolfe, 2005).

In diesem Fall ist der Reiz die Schwerkraft und was sich bewegt, ist die Pflanze. Da der Stimulus die Schwerkraft ist, wird dieser Prozess auch als Gravitropismus bezeichnet (Chen, Rosen & Masson, 1999, Hangarter, 1997).

Seit vielen Jahren erregt dieses Phänomen die Neugier der Wissenschaftler, die untersucht haben, wie diese Bewegung in Pflanzen abläuft. Viele Studien haben gezeigt, dass verschiedene Bereiche der Pflanze in entgegengesetzte Richtungen wachsen (Chen et al., 1999, Morita, 2010, Toyota & Gilroy, 2013).

Es wurde beobachtet, dass die Schwerkraft eine fundamentale Rolle bei der Ausrichtung der Pflanzenteile spielt: Der obere Teil, der von Stiel und Blättern gebildet wird, wächst nach oben (negativer Gravitropismus), während die untere Zone aus dem besteht Wurzeln wächst es nach unten in Richtung der Schwerkraft (positiver Gravitropismus) (Hangarter, 1997).

Diese Bewegungen, die durch die Schwerkraft vermittelt werden, gewährleisten, dass Pflanzen ihre Funktionen ordnungsgemäß ausführen.

Der obere Teil ist auf Sonnenlicht ausgerichtet, um die Photosynthese durchzuführen, und der untere Teil ist auf den Boden der Erde ausgerichtet, damit die Wurzeln das Wasser und die für seine Entwicklung erforderlichen Nährstoffe erreichen können (Chen et al., 1999) ).

Wie kommt es zum Geotropismus?

Pflanzen sind äußerst empfindlich gegenüber der Umwelt und können ihr Wachstum in Abhängigkeit von den von ihnen wahrgenommenen Signalen beeinflussen, z. B. Licht, Schwerkraft, Berührung, Nährstoffe und Wasser (Wolverton, Paya & Toska, 2011).

Geotropismus ist ein Phänomen, das in drei Phasen auftritt:

  1. Detektion : Die Wahrnehmung der Schwerkraft erfolgt durch spezialisierte Zellen, sogenannte Statozysten.

  2. Transduktion und Übertragung : Der physikalische Reiz der Schwerkraft wird in ein biochemisches Signal umgewandelt, das an andere Zellen der Pflanze übertragen wird.

  3. Antwort : Die Empfängerzellen wachsen so, dass eine Krümmung entsteht, die die Orientierung des Organs verändert. Somit wachsen die Wurzeln nach unten und die Stängel nach oben, unabhängig von der Ausrichtung der Pflanze (Masson et al., 2002, Toyota & Gilroy, 2013).

Abbildung 1. Beispiel für Geotropismus in einer Pflanze. Beachten Sie den Unterschied in der Ausrichtung der Wurzeln und des Stiels. Bearbeitet von: Katherine Briceño.

Geotropismus in den Wurzeln

Das Phänomen der Neigung der Wurzel zur Schwerkraft wurde vor vielen Jahren erstmals untersucht. In dem berühmten Buch " Die Kraft der Bewegung in Pflanzen " berichtete Charles Darwin, dass die Wurzeln von Pflanzen zur Schwerkraft tendieren (Ge & Chen, 2016).

Die Schwerkraft wird an der Wurzelspitze erfasst und diese Information wird an die Dehnungszone übertragen, um die Wachstumsrichtung beizubehalten.

Wenn sich die Ausrichtung in Bezug auf das Schwerefeld ändert, ändern die Zellen ihre Größe, sodass die Wurzelspitze weiterhin in der gleichen Schwerkraftrichtung wächst und einen positiven Geotropismus aufweist (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg & Swarup), 2017; Wolverton et al., 2011).

Darwin und Ciesielski zeigten, dass es eine Struktur an der Spitze der Wurzeln gab, die für das Auftreten von Geotropismus notwendig war. Diese Struktur wurde "Kappe" genannt.

Sie postulierten, dass die Kappe für die Erkennung von Änderungen in der Orientierung der Wurzeln in Bezug auf die Schwerkraft verantwortlich ist (Chen et al., 1999).

Spätere Studien zeigten, dass sich in der Kappe spezielle Zellen befinden, die sich in Richtung der Schwerkraft absetzen. Diese Zellen werden als Statozysten bezeichnet.

Statozysten enthalten steinähnliche Strukturen, sie werden Amyloplasten genannt, weil sie voller Stärke sind. Die dicht gepackten Amyloplasten setzen sich direkt an der Wurzelspitze ab (Chen et al., 1999, Sato et al., 2017, Wolverton et al., 2011).

Aus neueren zell- und molekularbiologischen Studien ist das Verständnis des Mechanismus, der die Wurzelgeotropie steuert, verbessert worden.

Es wurde gezeigt, dass dieser Prozess den Transport eines Wachstumshormons namens Auxin erfordert, der als polarer Auxintransport bekannt ist (Chen et al., 1999, Sato et al., 2017).

Dies wurde in den 1920er Jahren im Cholodny-Went-Modell beschrieben, das vorschlägt, dass die Wachstumskrümmungen auf eine ungleiche Verteilung der Auxine zurückzuführen sind (Öpik & Rolfe, 2005).

Geotropismus in den Stielen

Ein ähnlicher Mechanismus tritt in den Stämmen von Pflanzen auf, mit dem Unterschied, dass ihre Zellen unterschiedlich auf Auxin reagieren.

In Trieben von Stängeln fördert die Erhöhung der lokalen Konzentration von Auxin die Zellexpansion; Das Gegenteil passiert mit den Zellen der Wurzel (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).

Die unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Auxin hilft, Darwins ursprüngliche Beobachtung zu erklären, dass Stämme und Wurzeln in entgegengesetzter Weise auf die Schwerkraft reagieren. Sowohl in den Wurzeln als auch in den Stielen sammelt sich Auxin auf der unteren Seite zur Schwerkraft hin an.

Der Unterschied besteht darin, dass Stammzellen auf Wurzelzellen entgegengesetzt reagieren (Chen et al., 1999, Masson et al., 2002).

In den Wurzeln wird die Zellausdehnung an der Unterseite gehemmt und die Krümmung zur Schwerkraft erzeugt (positiver Gravitropismus).

In Stängeln reichert sich Auxin auch an der Unterseite an, die Zellausdehnung nimmt jedoch zu und führt zu einer Krümmung des Stängels entgegen der Schwerkraft (negativer Gravitropismus) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Zeiger, 2002).