Các geotropismo là ảnh hưởng của trọng lực trên sự chuyển động của các nhà máy. Geotropism bắt nguồn từ các từ "geo" có nghĩa là trái đất và "tropism" có nghĩa là chuyển động do một tác nhân kích thích (Öpik & Rolfe, 2005).
Trong trường hợp này, tác nhân kích thích là trọng lực và những gì đang chuyển động là thực vật. Vì tác nhân kích thích là lực hấp dẫn, quá trình này còn được gọi là thuyết hấp dẫn (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Trong nhiều năm, hiện tượng này đã khơi dậy sự tò mò của các nhà khoa học, những người đã tìm hiểu cách thức chuyển động này xảy ra ở thực vật. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các khu vực khác nhau của cây trồng theo hướng ngược nhau (Chen và cộng sự, 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
Người ta đã quan sát thấy rằng lực hấp dẫn đóng một vai trò cơ bản trong việc định hướng các bộ phận của cây: phần trên do thân và lá tạo thành, phát triển lên trên (thuyết hấp dẫn âm), trong khi phần dưới bao gồm rễ, mọc xuống theo hướng trọng lực (thuyết hấp dẫn dương) (Hangarter, 1997).
Những chuyển động qua trung gian trọng lực này đảm bảo rằng thực vật thực hiện đúng chức năng của chúng.
Phần trên hướng về phía ánh sáng mặt trời để thực hiện quá trình quang hợp, và phần dưới hướng về phía dưới đất, để rễ có thể tiếp cận với nước và chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của chúng (Chen và cộng sự, 1999 ).
Địa dưỡng xảy ra như thế nào?
Thực vật cực kỳ nhạy cảm với môi trường, những điều này có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng tùy thuộc vào các tín hiệu mà chúng cảm nhận được, ví dụ: ánh sáng, trọng lực, xúc giác, chất dinh dưỡng và nước (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Geotropism là một hiện tượng xảy ra trong ba giai đoạn:
Phát hiện : nhận thức về lực hấp dẫn được thực hiện bởi các tế bào chuyên biệt gọi là tế bào trạng thái.
Dẫn truyền và truyền dẫn : kích thích vật lý của trọng lực được chuyển đổi thành tín hiệu sinh hóa truyền đến các tế bào khác của cây.
Trả lời : các tế bào thụ cảm phát triển theo cách tạo ra một đường cong làm thay đổi hướng của cơ quan. Do đó, rễ phát triển xuống dưới và thân hướng lên, bất kể hướng của cây (Masson và cộng sự, 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Hình 1. Ví dụ về hiện tượng địa dưỡng trong thực vật. Lưu ý sự khác biệt về hướng của rễ và thân. Biên tập bởi: Katherine Briceño.
Địa dưỡng trong rễ
Hiện tượng nghiêng của rễ về phía trọng lực đã được nghiên cứu lần đầu tiên cách đây nhiều năm. Trong cuốn sách nổi tiếng "Sức mạnh của chuyển động trong thực vật", Charles Darwin đã báo cáo rằng rễ thực vật có xu hướng phát triển theo hướng trọng lực (Ge & Chen, 2016).
Lực hấp dẫn được phát hiện ở đầu rễ và thông tin này được truyền đến vùng kéo dài, để duy trì hướng phát triển.
Nếu có những thay đổi về hướng đối với trường trọng lực, các tế bào sẽ phản ứng bằng cách thay đổi kích thước của chúng, theo cách mà đầu rễ tiếp tục phát triển theo cùng hướng của trọng lực, thể hiện thuyết địa dưỡng tích cực (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg và Swarup , 2017; Wolverton và cộng sự, 2011).
Darwin và Ciesielski đã chỉ ra rằng có một cấu trúc ở đầu rễ cần thiết để xảy ra hiện tượng địa dưỡng, họ gọi cấu trúc này là "nắp".
Họ giả định rằng nắp có nhiệm vụ phát hiện những thay đổi về hướng của rễ, đối với lực hấp dẫn (Chen và cộng sự, 1999).
Các nghiên cứu sau đó cho thấy trong nắp có các tế bào đặc biệt lắng đọng theo hướng của trọng lực, các tế bào này được gọi là tế bào hình cầu.
Statocyst chứa các cấu trúc giống như đá, chúng được gọi là amyloplasts vì chứa đầy tinh bột. Amyloplasts, rất dày đặc, trầm tích ngay ở đầu rễ (Chen và cộng sự, 1999; Sato và cộng sự, 2017; Wolverton và cộng sự, 2011).
Từ các nghiên cứu gần đây trong sinh học phân tử và tế bào, sự hiểu biết về cơ chế chi phối quá trình địa dưỡng gốc đã được cải thiện.
Quá trình này đã được chứng minh là cần sự vận chuyển của một hormone tăng trưởng gọi là auxin, sự vận chuyển này được gọi là sự vận chuyển auxin phân cực (Chen và cộng sự, 1999; Sato và cộng sự, 2017).
Điều này đã được mô tả vào những năm 1920 trong mô hình Cholodny-Went, mô hình đề xuất rằng độ cong tăng trưởng là do sự phân bố không đồng đều của các auxin (Öpik & Rolfe, 2005).
Địa dưỡng trong thân cây
Cơ chế tương tự cũng xảy ra ở thân cây, với sự khác biệt là tế bào của chúng phản ứng khác nhau với auxin.
Trong chồi của thân cây, việc tăng nồng độ auxin cục bộ sẽ thúc đẩy quá trình mở rộng tế bào; điều ngược lại xảy ra ở các tế bào gốc (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Sự nhạy cảm khác biệt với auxin giúp giải thích quan sát ban đầu của Darwin rằng thân và rễ phản ứng ngược lại với trọng lực. Ở cả rễ và thân, auxin tích tụ theo hướng trọng lực, ở mặt dưới.
Điểm khác biệt là tế bào gốc phản ứng ngược lại với tế bào gốc (Chen và cộng sự, 1999; Masson và cộng sự, 2002).
Ở rễ, sự giãn nở của tế bào bị ức chế ở mặt dưới và hình thành hiện tượng cong về phía trọng lực (hiện tượng hấp dẫn dương).
Trong thân cây, auxin cũng tích tụ ở mặt dưới, tuy nhiên, sự mở rộng tế bào tăng lên và dẫn đến độ cong của thân theo hướng ngược lại với trọng lực (thuyết hấp dẫn âm) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Người giới thiệu
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). Thuyết hấp dẫn ở Thực vật bậc cao. Sinh lý thực vật, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Thuyết hấp dẫn âm ở rễ cây. Thực vật tự nhiên, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Trọng lực, ánh sáng và dạng thực vật. Thực vật, Tế bào và Môi trường, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH, … Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: Mô hình nghiên cứu thuyết hấp dẫn rễ và chồi (trang 1–24).
- Morita, MT (2010). Cảm biến trọng lực định hướng trong thuyết hấp dẫn. Đánh giá Hàng năm về Sinh học Thực vật, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). Sinh lý học của thực vật có hoa. (CU Press, Ed.) (Lần xuất bản thứ 4).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Những hiểu biết mới về tín hiệu hấp dẫn của rễ. Tạp chí Thực vật học Thực nghiệm, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Sinh lý thực vật (xuất bản lần thứ 3). Sinauer Associates.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Thuyết hấp dẫn và tín hiệu cơ học ở thực vật. Tạp chí Thực vật học Hoa Kỳ, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM, & Toska, J. (2011). Góc nắp rễ và tỷ lệ phản ứng hấp dẫn không được tách rời ở thể đột biến Arabidopsis pgm-1. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.