Informácie

9.24: Reakcie rastlín - Biológia

9.24: Reakcie rastlín - Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Čo sa teda stane s vinohradom uprostred zimy?

Vinič nemôže zomrieť každý rok. Namiesto toho sa rastliny dostanú do stavu pokoja, takmer ako keby si dlho zdriemli.

Odpovede rastlín

Ako všetky organizmy, aj rastliny detekujú a reagujú na podnety vo svojom prostredí. Na rozdiel od zvierat, rastliny nemôžu bežať, lietať alebo plávať smerom k jedlu alebo preč od nebezpečenstva. Zvyčajne sú zakorenené v pôde. Namiesto toho je primárnym prostriedkom reakcie rastliny zmeniť spôsob jej rastu. Rastliny tiež nemajú nervový systém, ktorý by kontroloval ich reakcie. Namiesto toho sú ich reakcie vo všeobecnosti kontrolované hormóny, čo sú chemické mediátorové molekuly.

Tropizmus rastlín

Korene rastlín vždy rastú smerom nadol, pretože špecializované bunky v koreňových čiapkach detegujú a reagujú na gravitáciu. Toto je príklad tropizmu. A tropizmus je obrátenie sa k podnetu v prostredí alebo od neho. Rast smerom k gravitácii sa nazýva geotropizmus. Vystavujú aj rastliny fototropizmusalebo rast smerom k svetelnému zdroju. Táto reakcia je riadená rastlinným rastovým hormónom tzv auxín. Ako je uvedené v Obrázok nižšie auxín stimuluje bunky na temnej strane rastliny, aby rástli dlhšie. To spôsobí, že sa rastlina ohne smerom k svetlu.

Fototropizmus je riadený rastovým hormónom auxínom.

Denné a sezónne odozvy

Rastliny tiež detegujú a reagujú na denný cyklus svetla a tmy. Niektoré rastliny napríklad otvárajú listy počas dňa, aby zbierali slnečné svetlo, a potom ich na noc zatvárajú, aby zabránili strate vody. Podnety prostredia, ktoré naznačujú striedanie ročných období, spúšťajú iné reakcie. Mnoho rastlín reaguje na skracujúce sa dni na jeseň tak, že idú nečinný. Zastavujú rast a vývoj, aby prežili extrémny chlad a sucho v zime. Dormancia zaisťuje, že semená budú klíčiť a rastliny budú rásť len vtedy, keď sú priaznivé podmienky.

Reakcie na choroby

Rastliny nemajú imunitný systém, ale reagujú na choroby. Ich prvou obrannou líniou je zvyčajne smrť buniek obklopujúcich infikované tkanivo. Tým sa zabráni šíreniu infekcie. Mnohé rastliny tiež produkujú hormóny a toxíny na boj proti patogénom. Napríklad vŕby produkujú kyselinu salicylovú na ničenie baktérií. Rovnaká zlúčenina sa z rovnakého dôvodu používa v mnohých produktoch proti akné. Vzrušujúci nový výskum naznačuje, že rastliny môžu dokonca produkovať chemikálie, ktoré varujú ostatné rastliny pred ohrozením ich zdravia, čo umožňuje rastlinám pripraviť sa na vlastnú obranu. Ako ukazujú tieto a ďalšie odpovede, rastliny môžu byť zakorenené na mieste, ale zďaleka nie sú bezmocné.

Zhrnutie

  • Ako všetky organizmy, aj rastliny detekujú a reagujú na podnety vo svojom prostredí. Ich hlavnou reakciou je zmeniť spôsob, akým rastú.
  • Reakcie rastlín sú riadené hormónmi. Niektoré reakcie rastlín sú tropizmy.
  • Rastliny tiež reagujú na denné a sezónne cykly a na choroby.

Preskúmanie

  1. Aký je hlavný spôsob, akým rastliny reagujú na environmentálne podnety? Čo riadi ich reakcie?
  2. Definujte tropizmus. Uveďte jeden príklad v rastlinách.
  3. Uveďte spôsoby, akými rastliny reagujú na choroby.
  4. Prečo je pre rastliny adaptívne detekovať denné a sezónne zmeny a reagovať na ne?

Rastliny majú množstvo sofistikovaných spôsobov využitia svetla, ktoré ďaleko presahuje ich schopnosť fotosyntetizovať cukry s nízkou molekulovou hmotnosťou iba pomocou oxidu uhličitého, svetla a vody. Fotomorfogenéza je rast a vývoj rastlín v reakcii na svetlo. Umožňuje rastlinám optimalizovať využitie svetla a priestoru. Fotoperiodizmus je schopnosť používať svetlo na sledovanie času. Rastliny dokážu určiť dennú a ročnú dobu pomocou snímania a používania rôznych vlnových dĺžok slnečného svetla. Fototropizmus je smerová odozva, ktorá umožňuje rastlinám rásť smerom k svetlu alebo dokonca od neho. Pozitívny fototropizmus je rast smerom k svetelnému zdroju (obrázok 1), zatiaľ čo negatívny fototropizmus (tiež nazývaný skototropizmus) je rast smerom od svetla.

Obrázok 1. Azure bluets (Houstonia caerulea) zobraziť fototropnú odozvu ohnutím smerom k svetlu. (poďakovanie: Cory Zanker)

Vnímanie svetla v prostredí je pre rastliny dôležité, môže byť kľúčové pre súťaž a prežitie. Reakcia rastlín na svetlo je sprostredkovaná rôznymi fotoreceptormi, ktoré pozostávajú z proteínu kovalentne viazaného na svetlo absorbujúci pigment nazývaný chromofor. Spoločne sa tieto dva nazývajú chromoproteín.

Červené/ďaleko červené a fialovo-modré oblasti spektra viditeľného svetla spúšťajú štrukturálny vývoj v rastlinách. Senzorické fotoreceptory absorbujú svetlo v týchto konkrétnych oblastiach spektra viditeľného svetla kvôli kvalite svetla dostupného v spektre denného svetla. V suchozemských biotopoch absorpcia svetla chlorofylmi vrcholí v modrej a červenej oblasti spektra. Keď svetlo preniká cez baldachýn a modré a červené vlnové dĺžky sú absorbované, spektrum sa posúva k ďaleko červenému koncu, čím sa rastlinná komunita posúva k tým rastlinám, ktoré sú lepšie prispôsobené na reakciu na ďaleko červené svetlo. Receptory modrého svetla umožňujú rastlinám merať smer a množstvo slnečného svetla, ktoré je bohaté na modro-zelené emisie. Voda absorbuje červené svetlo, vďaka čomu je detekcia modrého svetla nevyhnutná pre riasy a vodné rastliny.

Záhradník

Slovo „záhradník“ pochádza z latinských slov pre záhradu (hortus) a kultúra (kultúry). Táto kariéra bola revolúciou dosiahnutá pokrokom v chápaní reakcií rastlín na environmentálne podnety. Pestovatelia plodín, ovocia, zeleniny a kvetov boli predtým obmedzovaní tým, že siatie a zber museli načasovať podľa sezóny. Teraz môžu záhradníci manipulovať s rastlinami, aby zvýšili produkciu listov, kvetov alebo ovocia tým, že pochopia, ako environmentálne faktory ovplyvňujú rast a vývoj rastlín.

Správa skleníkov je nevyhnutnou súčasťou vzdelávania záhradníkov. Na predĺženie noci sa rastliny prikryjú zatemňovacou látkou. Rastliny dlhého dňa sa v zime ožarujú červeným svetlom, aby sa podporilo skoré kvitnutie. Napríklad fluorescenčné (studené biele) svetlo s vysokými modrými vlnovými dĺžkami podporuje rast listov a je vynikajúce na zakladanie sadeníc. Žiarovky (štandardné žiarovky) sú bohaté na červené svetlo a podporujú kvitnutie niektorých rastlín. Načasovanie dozrievania plodov možno zvýšiť alebo oddialiť aplikáciou rastlinných hormónov. V poslednej dobe sa dosiahol značný pokrok vo vývoji plemien rastlín, ktoré sú vhodné pre rôzne klimatické podmienky a sú odolné voči škodcom a poškodeniu pri preprave. Úroda a kvalita plodín sa zvýšili v dôsledku praktických aplikácií poznatkov o reakciách rastlín na vonkajšie podnety a hormóny.

Záhradníci nachádzajú uplatnenie v súkromných a vládnych laboratóriách, skleníkoch, botanických záhradách a vo výrobných alebo výskumných oblastiach. Zlepšujú plodiny tým, že uplatňujú svoje znalosti genetiky a fyziológie rastlín. Na prípravu na záhradnícku kariéru študenti absolvujú kurzy botaniky, fyziológie rastlín, patológie rastlín, krajinného dizajnu a šľachtenia rastlín. Na doplnenie týchto tradičných kurzov pridávajú špecialisti v oblasti záhradníctva štúdium ekonómie, obchodu, informatiky a komunikácií.


16.4 Funkcie a odozvy závodu

Rastliny žijú takmer všade na Zemi. Aby žili v toľkých rôznych biotopoch, Boh vytvoril rôzne črty, ktoré im umožňujú prežiť a rozmnožovať sa v rôznych podmienkach.

Vlastnosti rastliny

Všetky rastliny sú vyrobené tak, aby žili na zemi. Alebo sú? Existujú rastliny, ktoré žijú na súši a iné, ktoré žijú vo vodnatých biotopoch.

Vlastnosti vhodné do vody

Vodné rastliny sú rastliny, ktoré žijú vo vode. Život vo vode má pre rastliny určité výhody. Jednou z výhod je voda. Je toho veľa a je to všade okolo. Preto väčšina vodných rastlín nepotrebuje funkcie na absorbovanie, transport a šetrenie vody. Môžu ušetriť energiu a hmotu tým, že nevyrastú rozsiahle koreňové systémy, cievne tkanivá alebo hrubé kutikuly na listoch. Podpora je tiež menší problém kvôli vztlaku vody. Výsledkom je, že úpravy ako silné drevnaté stonky a hlboké kotviace korene nie sú pre väčšinu vodných rastlín potrebné.

Život vo vode však predstavuje pre rastliny výzvy. Po prvé, opeľovanie vetrom alebo zvieratami nie je možné pod vodou, takže vodné rastliny môžu mať vlastnosti, ktoré im pomáhajú udržať ich kvety nad vodou. Napríklad lekná majú miskovité kvety a široké ploché listy, ktoré plávajú. To umožňuje ľaliám zbierať maximum slnečného žiarenia, ktoré nepreniká veľmi hlboko pod povrch. Rastliny, ktoré žijú v pohybujúcej sa vode, ako sú potoky a rieky, môžu mať rôzne vlastnosti. Napríklad orobince majú úzke páskovité listy, ktoré znižujú ich odpor voči pohybujúcej sa vode (pozri Obrázok nižšie).

Adaptácie na extrémne sucho

Rastliny, ktoré žijú v extrémne suchom prostredí, majú opačný problém: ako získať a udržať vodu. Rastliny, ktoré sú stvorené na život vo veľmi suchom prostredí, sa nazývajú xerofyty. Ich vlastnosti im môžu pomôcť zvýšiť príjem vody, znížiť straty vody alebo skladovať vodu, keď je k dispozícii.

Vyobrazený kaktus saguaro Obrázok nižšie obsahuje funkcie, ktoré mu pomáhajú všetkými tromi spôsobmi. Keď to bola ešte veľmi malá rastlina, len niekoľko palcov vysoká, jej plytké korene už siahali až 2 metre (7 stôp) od základne stonky. V súčasnosti je jeho koreňový systém oveľa rozšírenejší. Umožňuje kaktusu zhromaždiť čo najviac vlhkosti zo zriedkavých zrážok. Saguaro nemá žiadne listy, ktoré by strácali vodu transpiráciou. Má tiež veľkú, sudovitú stonku, ktorá pojme veľa vody. Tŕne chránia stonku pred smädnými zvieratami, ktoré by sa mohli pokúsiť dostať k vode vo vnútri.

Žiť vo vzduchu

Rastliny tzv epifyty rastú na iných rastlinách. Vlhkosť získavajú zo vzduchu a fotosyntézou si vyrábajú potravu. Väčšina epifytov sú paprade alebo orchidey, ktoré žijú v tropických alebo miernych dažďových pralesoch (pozri Obrázok nižšie). Hostiteľské stromy poskytujú podporu a umožňujú epifytným rastlinám získať vzduch a slnečné svetlo vysoko nad lesnou podlahou. Vyvýšenie nad zemou umožňuje epifytom dostať sa z tieňa na lesnej pôde, aby mohli získať dostatok slnečného svetla na fotosyntézu. Zvýšenie môže tiež znížiť riziko zožratia bylinožravcami a zvýšiť pravdepodobnosť opelenia vetrom.

Epifyty nerastú v pôde, takže nemusia mať korene. Na fotosyntézu však stále potrebujú vodu. Dažďové pralesy sú vlhké, takže rastliny môžu absorbovať vodu, ktorú potrebujú, zo vzduchu. Mnohé epifyty však majú listy alebo iné štruktúry na zachytávanie dažďovej vody, hmly alebo rosy.

Listy bromélie zobrazené v Obrázok nižšie sú zvinuté do lievikovitých tvarov na zachytávanie dažďovej vody. Základňa listov tvorí nádrž, ktorá pojme viac ako 8 litrov (2 galóny) vody. Niektoré druhy hmyzu a obojživelníkov môžu stráviť celý svoj životný cyklus v bazéne s vodou v nádrži, pričom do vody pridávajú minerály so svojimi odpadmi. Tkanivá na báze listu sú savé, takže môžu prijímať vodu aj minerály z nádrže. Boh sa postaral o tie najmenšie detaily a zabezpečil, aby všetko spolu dokonale fungovalo!

BBC Earth – Opice a kúpajúce sa vtáky

Odpovede rastlín

Ako všetky organizmy, aj rastliny detekujú a reagujú na podnety vo svojom prostredí. Na rozdiel od zvierat, rastliny nemôžu bežať, lietať alebo plávať smerom k jedlu alebo preč od nebezpečenstva. Zvyčajne sú zakorenené v pôde. Namiesto toho je primárnym prostriedkom reakcie rastliny zmeniť spôsob jej rastu. Rastliny tiež nemajú nervový systém, ktorý by kontroloval ich reakcie. Namiesto toho sú ich reakcie vo všeobecnosti riadené hormónmi, čo sú molekuly chemického posla.

Tropizmus rastlín

Ako ste už v tejto kapitole čítali, korene rastlín vždy rastú smerom nadol, pretože špecializované bunky v koreňových čiapkach detegujú a reagujú na gravitáciu. Toto je príklad tropizmu. A tropizmus je obrátenie sa k podnetu v prostredí alebo od neho. Rast smerom k gravitácii sa nazýva geotropizmus. Rastliny tiež vykazujú fototropizmus alebo rast smerom k svetelnému zdroju. Táto reakcia je riadená rastlinným rastovým hormónom nazývaným auxín. Ako je uvedené v Obrázok nižšie auxín stimuluje bunky na temnej strane rastliny, aby rástli dlhšie. To spôsobí, že sa rastlina ohne smerom k svetlu.

Denné a sezónne odozvy

Rastliny tiež detegujú a reagujú na denný cyklus svetla a tmy. Napríklad niektoré rastliny otvárajú listy počas dňa, aby zbierali slnečné svetlo, a potom ich na noc zatvárajú, aby sa zabránilo strate vody. Podnety prostredia, ktoré naznačujú striedanie ročných období, spúšťajú iné reakcie. Mnoho rastlín reaguje na skracujúce sa dni na jeseň prechodom do režimu spánku. Zastavujú rast a vývoj, aby prežili extrémny chlad a sucho v zime. Dormancia zaisťuje, že semená budú klíčiť a rastliny budú rásť len vtedy, keď sú priaznivé podmienky.

Video TED Ed: Ako rastliny rozprávajú čas:

Reakcie na choroby

Rastliny nemajú imunitný systém, ale reagujú na choroby. Ich prvou obrannou líniou je zvyčajne smrť buniek obklopujúcich infikované tkanivo. Tým sa zabráni šíreniu infekcie. Mnohé rastliny tiež produkujú hormóny a toxíny na boj proti patogénom. Napríklad vŕby produkujú kyselinu salicylovú na ničenie baktérií. Rovnaká zlúčenina sa z rovnakého dôvodu používa v mnohých produktoch proti akné. Vzrušujúci nový výskum naznačuje, že rastliny môžu dokonca produkovať chemikálie, ktoré varujú ostatné rastliny pred ohrozením ich zdravia, čo umožňuje rastlinám pripraviť sa na vlastnú obranu. Ako ukazujú tieto a ďalšie odpovede, rastliny môžu byť zakorenené na mieste, ale zďaleka nie sú bezmocné.

TED Ed Môžu sa rastliny medzi sebou rozprávať?

Moment stvorenia: Rastliny sa naozaj rozprávajú:

KQED: Plant Plague: Sudden Oak Death

Náhla smrť dubu, ktorá za posledných desať rokov zdevastovala viac ako jeden milión dubov v celej severnej Kalifornii, je zabijak bez liečby. Biológovia však teraz hľadajú riešenie v genetike stromov. Viac informácií nájdete na stránke http://www.kqed.org/quest/television/plant-plague-sudden-oak-death.

Zhrnutie lekcie

  • Rastliny žijú takmer všade na Zemi, takže Boh vytvoril vlastnosti, ktoré im umožňujú prežiť a rozmnožovať sa v rôznych podmienkach. Rôzne rastliny majú rôzne vlastnosti, aby mohli žiť vo vode, vo veľmi suchom prostredí alebo vo vzduchu ako epifyty.
  • Ako všetky organizmy, aj rastliny detekujú a reagujú na podnety vo svojom prostredí. Ich hlavnou reakciou je zmeniť spôsob, akým rastú. Ich reakcie sú riadené hormónmi. Niektoré reakcie rastlín sú tropizmy. Rastliny tiež reagujú na denné a sezónne cykly a na choroby.

Otázky na kontrolu lekcie

Odvolanie

1. Uveďte špeciálne výzvy, ktorým čelia vodné rastliny.

2. Čo sú xerofyty? Uveďte príklad.

3. Identifikujte tri všeobecné spôsoby života rastlín v extrémnom suchu.

4. Popíšte, ako môžu epifyty absorbovať vlhkosť bez toho, aby zakorenili v pôde.

5. Aký je hlavný spôsob, akým rastliny reagujú na environmentálne podnety? Čo riadi ich reakcie?

6. Definujte tropizmus. Uveďte jeden príklad v rastlinách.

7. Uveďte spôsoby, akými rastliny reagujú na choroby.

Použiť koncepty

8. Aplikujte koncept symbiózy na epifyty a ich hostiteľské rastliny. Myslíte si, že majú symbiotický vzťah? Ak áno, aký typ symbiotického vzťahu podľa vás majú? Vysvetli svoju odpoveď.

Myslite kriticky

9. Prečo sa epifyty nachádzajú hlavne v ekosystémoch dažďových pralesov?

10. Prečo je pre rastliny užitočné zisťovať denné a sezónne zmeny a reagovať na ne?

Body na zváženie

V tejto kapitole sa dočítate o bunkách, tkanivách a orgánoch, ktoré tvoria rastliny. Čítali ste aj o životných cykloch rastlín. Rovnako ako rastliny, aj zvieratá sú zložité organizmy s tkanivami a orgánmi. Životné cykly majú aj zvieratá.


Reakcie rastlín na stres zo sucha | genetika

V tomto článku budeme diskutovať o reakciách rastlín na stres zo sucha.

S výnimkou záplav vedú veľké stresy zo sucha k stresu z nedostatku vody. Stresované rastliny vykazujú výrazné reakcie produkciou rastlinného hormónu kyseliny abscisovej (ABA), ktorá hrá dôležitú úlohu v tolerancii voči suchu. Kyselina abscisová môže vyvolať expresiu a uvoľnenie génov zmierňujúcich stres. Viac ako polovica génov indukovateľných suchom je tiež indukovaná kyselinou abscisovou.

Gény reagujúce na dehydratáciu však nie sú indukované vonkajšou aplikáciou ABA. Tieto štúdie jasne ukazujú existenciu rôznych dráh prenosu signálu pri expresii génov na zmiernenie stresu. Expresia génov reagujúcich na sucho zahŕňa existenciu ABA-nezávislých, ako aj ABA-dependentných signálnych transdukčných dráh.

Génové produkty indukovateľné suchom sú enzýmy zapojené do konkrétnej metabolickej dráhy, regulačné proteíny alebo proteíny so špecifickými vlastnosťami. Tieto proteíny sa tiež podieľajú na regulácii iných génov prenosom signálu v reakcii na stres zo sucha. Kazuko (2002) to zaradil do dvoch skupín.

Medzi génové produkty prvej skupiny patria:

(1) Funkčné proteíny, ktoré priamo chránia makromolekuly a membrány (LEA proteíny, osmotín, nemrznúce proteíny, chaperóny a proteíny viažuce mRNA atď.),

(2) Proteíny udržujú pohyb vody cez membrány (proteíny vodného kanála a mem­branové transportéry),

(3) Enzýmy katalyzujúce biosyntézu rôznych osmoregulátorov (prolín, betaín a cukry atď.),

(4) Detoxikačné enzýmy na udržanie normálnych bunkových funkcií (glutatión s-transferáza, rozpustná epoxid hydroláza, kataláza, superoxiddismutázy a askorbové peroxidázy).

Génový produkt druhej skupiny zahŕňa:

(1) Transkripčné faktory (DREB, MYC, MYB, bZIP),

(2) Proteínkinázy (MAP kinázy, CDP kinázy, ribozomálne proteínkinázy a proteínkinázy regulujúce transkripciu atď.),


Učebné ciele

  • pestovať rastliny kontrolovaným spôsobom pri dostatočnom a nedostatočnom prísune železa
  • používať geneticky odlišné rastliny a monitorovať rast rastlín v reakcii na železo a v prítomnosti a neprítomnosti funkčnej látky FIT gén (divoký typ verzus fit mutant)
  • odhaľujú reakcie na fyziologickej (aktivita Fe reduktázy) a molekulárnej úrovni (génová expresia). FRO2, FIT, referenčný gén)
  • aplikovať súčasnú najmodernejšiu metodológiu génovej expresie (RT-qPCR)
  • zhrnúť kľúčové kroky pri získavaní živín na príklade železa

V. Objavenie Arabidopsis TCH génov

Kontrolné experimenty náhodne odhalili existenciu dotykom indukovateľných génov v rastlinách (Braam & Davis, 1990). Tieto gény, pôvodne nazývané TCH gény a izolované diferenciálnym skríningom knižnice cDNA, sú silne a rýchlo upregulované v expresii v reakcii na dotyk (Braam & Davis, 1990). The TCH gény boli identifikované podľa ich dramatickej akumulácie mRNA v rastlinách postriekaných giberelínmi. Ďalšie severské analýzy to však odhalili TCH expresia sa zvýšila v rastlinách postriekaných rôznymi hormónmi, napríklad auxínom, cytokinínom a kyselinou abscisovou, a skutočne postrekom obyčajnej vody (Braam & Davis, 1990). Nakoniec sa zistilo, že jednoduchá mechanická stimulácia, ktorá sa vykonáva dotykom listov ružice a ich ohýbaním nadol alebo tam a späť, je dostatočná na vyvolanie dramatického zlepšenia TCH výraz (Braam & Davis, 1990). Technika diferenciálneho skríningu cDNA má tendenciu identifikovať prednostne gény s vysokými hladinami expresie a skutočne hŕstku TCH gény sa ukázali byť len špičkou ľadovca. Za posledných 14 rokov bolo objavených mnoho ďalších génov, často neúmyselne, s mechanostimulom indukovateľnou expresiou (Ling a kol., 1991 Perera & Zielinski, 1992 Gawienowski a kol., 1993 Botella & Arteca, 1994 Botella a kol., 1996 Mizoguchi a kol., 1996 Oh a kol., 1996 Royo a kol., 1996 Shirsat a kol., 1996 Eldick a kol., 1997 Mauch a kol., 1997 Gilmour a kol., 1998 Arteca & Arteca, 1999 Gadea a kol., 1999 Hirsinger a kol., 1999 Tatsuki & Mori, 1999 Müssig a kol., 2000 Oufattole a kol., 2000 Lee a kol., 2005 ).


Nízky prísun fosforu obmedzuje reakcie rastlín na zvýšený CO2: Metaanalýza

Mingkai Jiang, Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Locked Bag 1797, Penrith, NSW 2751, Austrália.

Inštitút Maxa Plancka pre biogeochémiu, Jena, Nemecko

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Interakcie zemského povrchu a atmosféry, Technická univerzita v Mníchove, Mníchov, Nemecko

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

ARC Center of Excellence for Climate Extremes, University of New South Wales, Sydney, NSW, Australia

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Katedra lesných zdrojov, University of Minnesota, St Paul, MN, USA

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Inštitút Maxa Plancka pre biogeochémiu, Jena, Nemecko

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Mingkai Jiang, Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Locked Bag 1797, Penrith, NSW 2751, Austrália.

Inštitút Maxa Plancka pre biogeochémiu, Jena, Nemecko

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Interakcie zemského povrchu a atmosféry, Technická univerzita v Mníchove, Mníchov, Nemecko

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

ARC Center of Excellence for Climate Extremes, University of New South Wales, Sydney, NSW, Australia

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Katedra lesných zdrojov, University of Minnesota, St Paul, MN, USA

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Inštitút Maxa Plancka pre biogeochémiu, Jena, Nemecko

Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney University, Penrith, NSW, Austrália

Inštitucionálne prihlásenie
Prihláste sa do Wiley Online Library

Ak ste už predtým získali prístup pomocou svojho osobného účtu, prihláste sa.

Kúpte si okamžitý prístup
  • Pozrite si článok PDF a všetky súvisiace doplnky a obrázky po dobu 48 hodín.
  • Článok môže nie vytlačiť.
  • Článok môže nie byť stiahnutý.
  • Článok môže nie byť prerozdelené.
  • Neobmedzené prezeranie článku PDF a akýchkoľvek súvisiacich doplnkov a obrázkov.
  • Článok môže nie vytlačiť.
  • Článok môže nie byť stiahnutý.
  • Článok môže nie byť prerozdelené.
  • Neobmedzené prezeranie článku/kapitoly PDF a akýchkoľvek súvisiacich doplnkov a obrázkov.
  • Článok/kapitolu je možné vytlačiť.
  • Článok/kapitolu je možné stiahnuť.
  • Článok/kapitola môže nie byť prerozdelené.

Abstraktné

Fosfor (P) je základná makroživina potrebná pre metabolizmus a rast rastlín. Nízka dostupnosť P by mohla potenciálne obmedziť reakcie rastlín na zvýšený oxid uhličitý (eCO2), ale konsenzus o rozsahu tohto obmedzenia sa ešte musí dosiahnuť. Tu, na základe údajov z experimentov, ktoré manipulovali s CO2 a P pre mladých jedincov drevitých a nedrevnatých druhov uvádzame metaanalýzu vplyvov obmedzenia P na rast rastlín, fyziologickú a morfologickú odpoveď na eCO2. Ukazujeme, že nízka dostupnosť P zoslabila fotosyntetickú reakciu rastlín na eCO2 približne o jednu štvrtinu, čo vedie k zníženej, ale stále pozitívnej fotosyntetickej reakcii na eCO2 v porovnaní s tými, ktoré majú vysokú dostupnosť P. Okrem toho nízky obsah P obmedzoval nadzemné, podzemné a celkové reakcie biomasy na eCO2o 14,7 %, 14,3 % a 12,4 %, čo zodpovedá približne polovičnému zníženiu eCO2 reakcie pozorované pri vysokej dostupnosti P. Na porovnanie, nízka dostupnosť P významne nezmenila eCO2-indukované zmeny v koncentrácii živín v rastlinnom tkanive, čo naznačuje, že flexibilita živín v tkanivách je dôležitým mechanizmom umožňujúcim reakciu biomasy na eCO2 pri nízkej dostupnosti P. Nízke P výrazne znížilo eCO2-indukované zvýšenie plochy listov o 14,3%, čo odráža reakciu nadzemnej biomasy, ale nízke P neovplyvnilo eCO2- indukované zvýšenie dĺžky koreňa. Dreviny vykazovali silnejší útlmový účinok nízkeho P na reakciu nadzemnej biomasy na eCO2 ako nedrevnaté rastliny, zatiaľ čo rastliny s rôznymi mykoríznymi asociáciami vykazovali podobné reakcie na nízke P a eCO2 interakcia. Táto metaanalýza poukazuje na zásadné medzery v údajoch pri zachytávaní reakcií rastlín na eCO2 a nízka dostupnosť P. Experimenty v teréne s dlhodobejšou expozíciou CO2 a P manipulácie sú kriticky potrebné na poskytnutie pochopenia na úrovni ekosystému. Celkovo naše výsledky poskytujú kvantitatívnu základnú líniu na obmedzenie modelových hypotéz o reakciách rastlín na eCO2 pod obmedzením P, čím sa zlepšujú prognózy budúcich dopadov globálnej zmeny.

Otvorený výskum


23.6 Zmyslové systémy a odozvy rastlín

V tejto časti preskúmate nasledujúce otázky:

  • Ako červené a modré svetlo ovplyvňuje rast rastlín a metabolické aktivity?
  • Čo je gravitropizmus?
  • Aké sú príklady rastlinných hormónov a ako ovplyvňujú rast a vývoj rastlín?
  • Aké sú rozdiely medzi thigmotropizmom, thigmonastizmom a thigmogenézou?
  • Ako sa rastliny bránia pred predátormi a reagujú na rany?

Pripojenie pre AP ® kurzy

Prečo niektoré kvitnúce rastliny kvitnú na jar, zatiaľ čo iné kvitnú v lete alebo na jeseň? Prečo stonky rastlín rastú nahor a ohýbajú sa smerom k svetlu, zatiaľ čo korene rastú nadol? Prečo sa listy listnatých rastlín v severných klimatických podmienkach na jeseň sfarbujú a nakoniec opadávajú, zatiaľ čo vždyzelené rastliny si zachovávajú ihličie po celý rok? Je pravda, že vloženie nezrelého avokáda do papierového vrecka urýchli proces dozrievania? Môže rovnaká taktika fungovať aj na banány?

Rovnako ako väčšina ostatných organizmov, aj rastliny majú schopnosť detekovať zmeny prostredia a reagovať na ne, táto schopnosť je prispôsobením preferovaným prírodným výberom. Kvitnúce rastliny reagujú na svetlo, gravitáciu, infekciu patogénmi, sucho a podobne ako mucholapka Venuša na dotyk. Zvieratá majú dva systémy, na ktoré sa môžu spoľahnúť pri detekcii a reakcii na podnety: nervový a endokrinný systém. Rastliny však majú k dispozícii iba chemické kontrolné mechanizmy. Okrem fytochrómov sa v rastlinách vyvinuli hormóny, ktoré im umožňujú reagovať na zmeny prostredia. Podobne ako živočíšne hormóny, aj rastlinné hormóny sú chemické signálne molekuly, ktoré spúšťajú bunkovú odpoveď prostredníctvom signálnej transdukčnej dráhy.

Aj keď si nemusíte zapamätať zoznam rastlinných hormónov a ich aktivít, mali by ste pochopiť základný mechanizmus, ako spúšťajú reakciu. Príklady, o ktorých sa dozvieme v tejto kapitole, zahŕňajú auxíny, ktoré spôsobujú, že stonky rastlín rastú a ohýbajú sa smerom k svetlu, a gibberelíny, ktoré stimulujú rast buniek a narúšajú dormanciu semien. Rastliny produkujú aj iné chemikálie na ochranu pred biotickými stimulmi, vrátane bylinožravcov a parazitizmu. Skutočnosť, že rastliny vyrábajú chemikálie, by nemala byť prekvapujúca, že náš farmaceutický priemysel závisí od týchto látok. Napríklad druhy náprstníka produkujú digitalis, silný liek na srdce, zatiaľ čo ópium z maku je zdrojom mnohých narkotík.

Prezentované informácie a príklady zvýraznené v sekcii podporujú koncepty načrtnuté v Big Idea 2 a Big Idea 3 AP ® Biology Curriculum Framework. Vzdelávacie ciele AP ® uvedené v rámci osnov poskytujú transparentný základ pre kurz AP ® Biológia, laboratórne skúsenosti založené na skúmaní, inštruktážne aktivity a otázky na skúšku AP ® . Cieľ vzdelávania spája požadovaný obsah s jednou alebo viacerými zo siedmich vedeckých postupov.

Veľký nápad 2 Biologické systémy využívajú voľnú energiu a molekulárne stavebné bloky na rast, reprodukciu a udržiavanie dynamickej homeostázy.
Trvalé porozumenie 2.C Organizmy využívajú mechanizmy spätnej väzby na reguláciu rastu a reprodukcie a na udržanie dynamickej homeostázy.
Základné znalosti 2.C.1 Rastliny využívajú mechanizmy negatívnej a pozitívnej spätnej väzby na udržanie svojho vnútorného prostredia a reakciu na zmeny vonkajšieho prostredia.
Vedecká prax 4.2 Študent môže navrhnúť plán zberu údajov na zodpovedanie konkrétnej vedeckej otázky.
Vedecká prax 5.3 Študent vie vyhodnotiť dôkazy poskytnuté súbormi údajov vo vzťahu k určitej vedeckej otázke.
Vedecká prax 6.1 Študent vie svoje tvrdenia odôvodniť dôkazmi.
Cieľ učenia 2.17 Študent je schopný vyhodnotiť dáta, ktoré ukazujú vplyv(y) zmien koncentrácií kľúčových molekúl na mechanizmy negatívnej spätnej väzby.
Veľký nápad 2 Biologické systémy využívajú voľnú energiu a molekulárne stavebné bloky na rast, reprodukciu a udržiavanie dynamickej homeostázy.
Trvalé porozumenie 2.C Organizmy využívajú mechanizmy spätnej väzby na reguláciu rastu a reprodukcie a na udržanie dynamickej homeostázy.
Základné znalosti 2.C.1 Rastliny využívajú mechanizmy negatívnej a pozitívnej spätnej väzby na udržanie svojho vnútorného prostredia a reakciu na zmeny vonkajšieho prostredia.
Vedecká prax 1.1 Študent vie vytvárať reprezentácie a modely prírodných alebo človekom vytvorených javov a systémov v danej oblasti.
Vedecká prax 6.4 Študent vie robiť tvrdenia a predpovede o prírodných javoch na základe vedeckých teórií a modelov.
Vedecká prax 7.2 Študent môže spájať koncepty v doménach a medzi nimi, aby ich zovšeobecnil alebo extrapoloval v a/alebo naprieč trvalými porozumeniami a/alebo veľkými myšlienkami.
Cieľ učenia 2.18 Študent dokáže predpovedať, ako organizmy využívajú mechanizmy negatívnej spätnej väzby na udržanie svojho vnútorného prostredia.
Veľký nápad 2 Biologické systémy využívajú voľnú energiu a molekulárne stavebné bloky na rast, reprodukciu a udržiavanie dynamickej homeostázy.
Trvalé porozumenie 2.D Rast a dynamická homeostáza biologického systému sú ovplyvnené zmenami v prostredí systému.
Základné znalosti 2.D.1 Bunkovú aktivitu v rastlinách ovplyvňujú interakcie s biotickými a abiotickými faktormi.
Vedecká prax 1.1 Študent vie vytvárať reprezentácie a modely prírodných alebo človekom vytvorených javov a systémov v danej oblasti.
Vedecká prax 1.2 Študent vie popísať reprezentácie a modely prírodných alebo človekom vytvorených javov a systémov v danej oblasti.
Vedecká prax 6.4 Študent vie robiť tvrdenia a predpovede o prírodných javoch na základe vedeckých teórií a modelov.
Vedecká prax 7.2 Študent môže spájať koncepty v doménach a medzi nimi, aby ich zovšeobecnil alebo extrapoloval v a/alebo naprieč trvalými porozumeniami a/alebo veľkými myšlienkami.
Cieľ učenia 2.22 Študent je schopný spresniť vedecké modely a otázky o vplyve zložitých biotických a abiotických interakcií na všetky biologické systémy, od buniek a organizmov až po populácie, spoločenstvá a ekosystémy.
Veľký nápad 2 Biologické systémy využívajú voľnú energiu a molekulárne stavebné bloky na rast, reprodukciu a udržiavanie dynamickej homeostázy.
Trvalé porozumenie 2.D Rast a dynamická homeostáza biologického systému sú ovplyvnené zmenami v prostredí systému.
Základné znalosti 2.D.4 Rastliny majú nešpecifické imunitné reakcie na obranu proti infekciám a iným hrozbám.
Vedecká prax 1.1 Študent vie vytvárať reprezentácie a modely prírodných alebo človekom vytvorených javov a systémov v danej oblasti.
Vedecká prax 1.2 Študent vie popísať reprezentácie a modely prírodných alebo človekom vytvorených javov a systémov v danej oblasti.
Vedecká prax 7.2 Študent môže spájať koncepty v doménach a medzi nimi, aby ich zovšeobecnil alebo extrapoloval v a/alebo naprieč trvalými porozumeniami a/alebo veľkými myšlienkami.
Cieľ učenia 2.30 Študent dokáže vytvoriť reprezentácie alebo modely na opis nešpecifickej imunitnej obrany rastlín a živočíchov.
Veľký nápad 2 Biologické systémy využívajú voľnú energiu a molekulárne stavebné bloky na rast, reprodukciu a udržiavanie dynamickej homeostázy.
Veľký nápad 2 Biologické systémy využívajú voľnú energiu a molekulárne stavebné bloky na rast, reprodukciu a udržiavanie dynamickej homeostázy.
Trvalé porozumenie 2.E Mnohé biologické procesy zapojené do rastu, reprodukcie a dynamickej homeostázy zahŕňajú časovú reguláciu a koordináciu.
Základné znalosti 2.E.3 Organizmy využívajú mechanizmy spätnej väzby na udržanie svojho vnútorného prostredia a reakciu na zmeny vonkajšieho prostredia.
Vedecká prax 4.2 Študent môže navrhnúť plán zberu údajov na zodpovedanie konkrétnej vedeckej otázky.
Vedecká prax 5.3 Študent vie vyhodnotiť dôkazy poskytnuté súbormi údajov vo vzťahu k určitej vedeckej otázke.
Vedecká prax 6.1 Študent vie svoje tvrdenia odôvodniť dôkazmi.
Vedecká prax 7.2 Študent môže spájať koncepty v doménach a medzi nimi, aby ich zovšeobecnil alebo extrapoloval v a/alebo naprieč trvalými porozumeniami a/alebo veľkými myšlienkami.
Cieľ učenia 2.39 Študent je schopný zdôvodniť vedecké tvrdenia pomocou dôkazov, aby opísal, ako je načasovanie a koordinácia behaviorálnych udalostí v organizmoch regulované niekoľkými mechanizmami.
Veľký nápad 2 Biologické systémy využívajú voľnú energiu a molekulárne stavebné bloky na rast, reprodukciu a udržiavanie dynamickej homeostázy.
Trvalé porozumenie 2.E Mnohé biologické procesy zapojené do rastu, reprodukcie a dynamickej homeostázy zahŕňajú časovú reguláciu a koordináciu.
Základné znalosti 2.E.3 Reakcie rastlín na podnety sú adaptácie, ktoré uprednostňuje prirodzený výber.
Vedecká prax 7.2 Študent môže spájať koncepty v doménach a medzi nimi, aby ich zovšeobecnil alebo extrapoloval v a/alebo naprieč trvalými porozumeniami a/alebo veľkými myšlienkami.
Cieľ učenia 2.40 Študent je schopný spájať koncepty v doménach a medzi nimi, aby predpovedal, ako faktory prostredia ovplyvňujú reakcie na informácie a menia správanie.
Veľký nápad 3 Živé systémy uchovávajú, získavajú, prenášajú a reagujú na informácie nevyhnutné pre životné procesy.
Trvalé porozumenie 3.B Expresia genetickej informácie zahŕňa bunkové a molekulárne mechanizmy.
Základné znalosti 3.B.2 Prenos signálu vo vnútri a medzi rastlinnými bunkami sprostredkúva génovú expresiu.
Vedecká prax 6.2 Študent dokáže konštruovať vysvetlenia javov na základe dôkazov získaných prostredníctvom vedeckých postupov.
Cieľ učenia 3.22 Študent je schopný vysvetliť, ako signálne dráhy sprostredkovávajú génovú expresiu, vrátane toho, ako môže tento proces ovplyvniť produkciu proteínov.

Otázky Science Practice Challenge obsahujú dodatočné testové otázky pre túto časť, ktoré vám pomôžu pripraviť sa na skúšku AP. Tieto otázky sa týkajú nasledujúcich noriem:
[APLO 2.29][APLO 2.30]

Zvieratá môžu reagovať na faktory prostredia presťahovaním sa na nové miesto. Rastliny sú však zakorenené na mieste a musia reagovať na okolité faktory prostredia. Rastliny majú sofistikované systémy na detekciu a reakciu na svetlo, gravitáciu, teplotu a fyzický dotyk. Receptory snímajú faktory prostredia a prenášajú informácie do efektorových systémov – často prostredníctvom prechodných chemických poslov – aby vyvolali reakcie rastlín.

Reakcie rastlín na svetlo

Rastliny majú množstvo sofistikovaných spôsobov využitia svetla, ktoré ďaleko presahuje ich schopnosť fotosyntetizovať cukry s nízkou molekulovou hmotnosťou iba pomocou oxidu uhličitého, svetla a vody. Fotomorfogenéza je rast a vývoj rastlín v reakcii na svetlo. Umožňuje rastlinám optimalizovať využitie svetla a priestoru. Fotoperiodizmus je schopnosť používať svetlo na sledovanie času. Rastliny dokážu určiť dennú a ročnú dobu pomocou snímania a používania rôznych vlnových dĺžok slnečného svetla. Fototropizmus je smerová odozva, ktorá umožňuje rastlinám rásť smerom k svetlu alebo dokonca od neho.

Vnímanie svetla v prostredí je pre rastliny dôležité, môže byť kľúčové pre súťaž a prežitie. Reakcia rastlín na svetlo je sprostredkovaná rôznymi fotoreceptormi, ktoré sa skladajú z proteínu kovalentne viazaného na svetlo absorbujúci pigment nazývaný chromofor. Spoločne sa tieto dva nazývajú chromoproteín.

The red/far-red and violet-blue regions of the visible light spectrum trigger structural development in plants. Sensory photoreceptors absorb light in these particular regions of the visible light spectrum because of the quality of light available in the daylight spectrum. In terrestrial habitats, light absorption by chlorophylls peaks in the blue and red regions of the spectrum. As light filters through the canopy and the blue and red wavelengths are absorbed, the spectrum shifts to the far-red end, shifting the plant community to those plants better adapted to respond to far-red light. Blue-light receptors allow plants to gauge the direction and abundance of sunlight, which is rich in blue–green emissions. Water absorbs red light, which makes the detection of blue light essential for algae and aquatic plants.

The Phytochrome System and the Red/Far-Red Response

The phytochromes are a family of chromoproteins with a linear tetrapyrrole chromophore, similar to the ringed tetrapyrrole light-absorbing head group of chlorophyll. Phytochromes have two photo-interconvertible forms: Pr and Pfr. Pr absorbs red light (

667 nm) and is immediately converted to Pfr. Pfr absorbs far-red light (

730 nm) and is quickly converted back to Pr. Absorption of red or far-red light causes a massive change to the shape of the chromophore, altering the conformation and activity of the phytochrome protein to which it is bound. Pfr is the physiologically active form of the protein therefore, exposure to red light yields physiological activity. Exposure to far-red light inhibits phytochrome activity. Together, the two forms represent the phytochrome system (Figure 23.38).

The phytochrome system acts as a biological light switch. It monitors the level, intensity, duration, and color of environmental light. The effect of red light is reversible by immediately shining far-red light on the sample, which converts the chromoprotein to the inactive Pr form. Additionally, Pfr can slowly revert to Pr in the dark, or break down over time. In all instances, the physiological response induced by red light is reversed. The active form of phytochrome (Pfr) can directly activate other molecules in the cytoplasm, or it can be trafficked to the nucleus, where it directly activates or represses specific gene expression.

Once the phytochrome system evolved, plants adapted it to serve a variety of needs. Unfiltered, full sunlight contains much more red light than far-red light. Because chlorophyll absorbs strongly in the red region of the visible spectrum, but not in the far-red region, any plant in the shade of another plant on the forest floor will be exposed to red-depleted, far-red-enriched light. The preponderance of far-red light converts phytochrome in the shaded leaves to the Pr (inactive) form, slowing growth. The nearest non-shaded (or even less-shaded) areas on the forest floor have more red light leaves exposed to these areas sense the red light, which activates the Pfr form and induces growth. In short, plant shoots use the phytochrome system to grow away from shade and towards light. Because competition for light is so fierce in a dense plant community, the evolutionary advantages of the phytochrome system are obvious.

In seeds, the phytochrome system is not used to determine direction and quality of light (shaded versus unshaded). Instead, is it used merely to determine if there is any light at all. This is especially important in species with very small seeds, such as lettuce. Because of their size, lettuce seeds have few food reserves. Their seedlings cannot grow for long before they run out of fuel. If they germinated even a centimeter under the soil surface, the seedling would never make it into the sunlight and would die. In the dark, phytochrome is in the Pr (inactive form) and the seed will not germinate it will only germinate if exposed to light at the surface of the soil. Upon exposure to light, Pr is converted to Pfr and germination proceeds.

Plants also use the phytochrome system to sense the change of season. Photoperiodism is a biological response to the timing and duration of day and night. It controls flowering, setting of winter buds, and vegetative growth. Detection of seasonal changes is crucial to plant survival. Although temperature and light intensity influence plant growth, they are not reliable indicators of season because they may vary from one year to the next. Day length is a better indicator of the time of year.

As stated above, unfiltered sunlight is rich in red light but deficient in far-red light. Therefore, at dawn, all the phytochrome molecules in a leaf quickly convert to the active Pfr form, and remain in that form until sunset. In the dark, the Pfr form takes hours to slowly revert back to the Pr form. If the night is long (as in winter), all of the Pfr form reverts. If the night is short (as in summer), a considerable amount of Pfr may remain at sunrise. By sensing the Pr/Pfr ratio at dawn, a plant can determine the length of the day/night cycle. In addition, leaves retain that information for several days, allowing a comparison between the length of the previous night and the preceding several nights. Shorter nights indicate springtime to the plant when the nights become longer, autumn is approaching. This information, along with sensing temperature and water availability, allows plants to determine the time of the year and adjust their physiology accordingly. Short-day (long-night) plants use this information to flower in the late summer and early fall, when nights exceed a critical length (often eight or fewer hours). Long-day (short-night) plants flower during the spring, when darkness is less than a critical length (often eight to 15 hours). Not all plants use the phytochrome system in this way. Flowering in day-neutral plants is not regulated by daylength.

Spojenie kariéry

Horticulturist

The word “horticulturist” comes from the Latin words for garden (hortus) and culture (cultura). This career has been revolutionized by progress made in the understanding of plant responses to environmental stimuli. Growers of crops, fruit, vegetables, and flowers were previously constrained by having to time their sowing and harvesting according to the season. Now, horticulturists can manipulate plants to increase leaf, flower, or fruit production by understanding how environmental factors affect plant growth and development.

Greenhouse management is an essential component of a horticulturist’s education. To lengthen the night, plants are covered with a blackout shade cloth. Long-day plants are irradiated with red light in winter to promote early flowering. For example, fluorescent (cool white) light high in blue wavelengths encourages leafy growth and is excellent for starting seedlings. Incandescent lamps (standard light bulbs) are rich in red light, and promote flowering in some plants. The timing of fruit ripening can be increased or delayed by applying plant hormones. Recently, considerable progress has been made in the development of plant breeds that are suited to different climates and resistant to pests and transportation damage. Both crop yield and quality have increased as a result of practical applications of the knowledge of plant responses to external stimuli and hormones.

Horticulturists find employment in private and governmental laboratories, greenhouses, botanical gardens, and in the production or research fields. They improve crops by applying their knowledge of genetics and plant physiology. To prepare for a horticulture career, students take classes in botany, plant physiology, plant pathology, landscape design, and plant breeding. To complement these traditional courses, horticulture majors add studies in economics, business, computer science, and communications.

The Blue Light Responses

Phototropism—the directional bending of a plant toward or away from a light source—is a response to blue wavelengths of light. Positive phototropism is growth towards a light source (Figure 23.39), while negative phototropism (also called skototropism) is growth away from light.

Výstižne pomenované fototropíny sú receptory na báze proteínov zodpovedné za sprostredkovanie fototropnej odozvy. Like all plant photoreceptors, phototropins consist of a protein portion and a light-absorbing portion, called the chromophore. In phototropins, the chromophore is a covalently-bound molecule of flavin hence, phototropins belong to a class of proteins called flavoproteins.

Other responses under the control of phototropins are leaf opening and closing, chloroplast movement, and the opening of stomata. However, of all responses controlled by phototropins, phototropism has been studied the longest and is the best understood.

In their 1880 treatise The Power of Movements in Plants, Charles Darwin and his son Francis first described phototropism as the bending of seedlings toward light. Darwin observed that light was perceived by the tip of the plant (the apical meristem), but that the response (bending) took place in a different part of the plant. They concluded that the signal had to travel from the apical meristem to the base of the plant.

In 1913, Peter Boysen-Jensen demonstrated that a chemical signal produced in the plant tip was responsible for the bending at the base. He cut off the tip of a seedling, covered the cut section with a layer of gelatin, and then replaced the tip. The seedling bent toward the light when illuminated. However, when impermeable mica flakes were inserted between the tip and the cut base, the seedling did not bend. A refinement of the experiment showed that the signal traveled on the shaded side of the seedling. When the mica plate was inserted on the illuminated side, the plant did bend towards the light. Therefore, the chemical signal was a growth stimulant because the phototropic response involved faster cell elongation on the shaded side than on the illuminated side. We now know that as light passes through a plant stem, it is diffracted and generates phototropin activation across the stem. Most activation occurs on the lit side, causing the plant hormone indole acetic acid (IAA) to accumulate on the shaded side. Stem cells elongate under influence of IAA.

Kryptochrómy sú ďalšou triedou fotoreceptorov absorbujúcich modré svetlo, ktoré tiež obsahujú chromofór na báze flavínov. Kryptochrómy nastavujú rastlinám 24-hodinový cyklus aktivity, známy aj ako cirkadiánny rytmus, pomocou modrých svetelných signálov. There is some evidence that cryptochromes work together with phototropins to mediate the phototropic response.

Odkaz na Učenie

Use the navigation menu in the left panel of this website to view images of plants in motion.

  1. Green light is absorbed by the plant. The seedling would not bend, but it would grow tall and spindly as if grown in the dark.
  2. Green light is not absorbed by the plant. The seedling would not bend, but it would grow tall and spindly as if grown in the dark.
  3. Green light is not absorbed by the plant. The seedling would not grow tall and spindly, but it would bend.
  4. Green light is absorbed by the plant. The seedling would not grow tall and spindly, but it would bend.

Plant Responses to Gravity

Whether or not they germinate in the light or in total darkness, shoots usually sprout up from the ground, and roots grow downward into the ground. A plant laid on its side in the dark will send shoots upward when given enough time. Gravitropism ensures that roots grow into the soil and that shoots grow toward sunlight. Rast výhonku apikálnym hrotom smerom nahor sa nazýva negatívny gravitropizmus, pričom rast koreňov smerom nadol sa nazýva pozitívny gravitropizmus.

Amyloplasty (taktiež známy ako statolity) sú špecializované plastidy, ktoré obsahujú škrobové granule a usadzujú sa smerom dole v reakcii na gravitáciu. Amyloplasts are found in shoots and in specialized cells of the root cap. When a plant is tilted, the statoliths drop to the new bottom cell wall. A few hours later, the shoot or root will show growth in the new vertical direction.

The mechanism that mediates gravitropism is reasonably well understood. When amyloplasts settle to the bottom of the gravity-sensing cells in the root or shoot, they physically contact the endoplasmic reticulum (ER), causing the release of calcium ions from inside the ER. This calcium signaling in the cells causes polar transport of the plant hormone IAA to the bottom of the cell. In roots, a high concentration of IAA inhibits cell elongation. The effect slows growth on the lower side of the root, while cells develop normally on the upper side. IAA has the opposite effect in shoots, where a higher concentration at the lower side of the shoot stimulates cell expansion, causing the shoot to grow up. After the shoot or root begin to grow vertically, the amyloplasts return to their normal position. Other hypotheses—involving the entire cell in the gravitropism effect—have been proposed to explain why some mutants that lack amyloplasts may still exhibit a weak gravitropic response.

Growth Responses

A plant’s sensory response to external stimuli relies on chemical messengers (hormones). Plant hormones affect all aspects of plant life, from flowering to fruit setting and maturation, and from phototropism to leaf fall. Potentially every cell in a plant can produce plant hormones. They can act in their cell of origin or be transported to other portions of the plant body, with many plant responses involving the synergistic or antagonistic interaction of two or more hormones. In contrast, animal hormones are produced in specific glands and transported to a distant site for action, and they act alone.

Plant hormones are a group of unrelated chemical substances that affect plant morphogenesis. Five major plant hormones are traditionally described: auxins (particularly IAA), cytokinins, gibberellins, ethylene, and abscisic acid. In addition, other nutrients and environmental conditions can be characterized as growth factors.

Auxins

The term auxin is derived from the Greek word auxeín, which means "to grow." Auxins are the main hormones responsible for cell elongation in phototropism and gravitropism. They also control the differentiation of meristem into vascular tissue, and promote leaf development and arrangement. While many synthetic auxins are used as herbicides, IAA is the only naturally occurring auxin that shows physiological activity. Apical dominance—the inhibition of lateral bud formation—is triggered by auxins produced in the apical meristem. Flowering, fruit setting and ripening, and inhibition of abscission (leaf falling) are other plant responses under the direct or indirect control of auxins. Auxins also act as a relay for the effects of the blue light and red/far-red responses.

Commercial use of auxins is widespread in plant nurseries and for crop production. IAA is used as a rooting hormone to promote growth of adventitious roots on cuttings and detached leaves. Applying synthetic auxins to tomato plants in greenhouses promotes normal fruit development. Outdoor application of auxin promotes synchronization of fruit setting and dropping to coordinate the harvesting season. Fruits such as seedless cucumbers can be induced to set fruit by treating unfertilized plant flowers with auxins.

Cytokiníny

The effect of cytokinins was first reported when it was found that adding the liquid endosperm of coconuts to developing plant embryos in culture stimulated their growth. The stimulating growth factor was found to be cytokinin, a hormone that promotes cytokinesis (cell division). Almost 200 naturally occurring or synthetic cytokinins are known to date. Cytokinins are most abundant in growing tissues, such as roots, embryos, and fruits, where cell division is occurring. Cytokinins are known to delay senescence in leaf tissues, promote mitosis, and stimulate differentiation of the meristem in shoots and roots. Many effects on plant development are under the influence of cytokinins, either in conjunction with auxin or another hormone. For example, apical dominance seems to result from a balance between auxins that inhibit lateral buds, and cytokinins that promote bushier growth.

Giberelliny

Giberelliny (GAs) are a group of about 125 closely related plant hormones that stimulate shoot elongation, seed germination, and fruit and flower maturation. GAs are synthesized in the root and stem apical meristems, young leaves, and seed embryos. In urban areas, GA antagonists are sometimes applied to trees under power lines to control growth and reduce the frequency of pruning.

GAs break dormancy (a state of inhibited growth and development) in the seeds of plants that require exposure to cold or light to germinate. Other effects of GAs include gender expression, seedless fruit development, and the delay of senescence in leaves and fruit. Seedless grapes are obtained through standard breeding methods and contain inconspicuous seeds that fail to develop. Because GAs are produced by the seeds, and because fruit development and stem elongation are under GA control, these varieties of grapes would normally produce small fruit in compact clusters. Maturing grapes are routinely treated with GA to promote larger fruit size, as well as looser bunches (longer stems), which reduces the instance of mildew infection (Figure 23.40).

Kyselina abscisová

The plant hormone kyselina abscisová (ABA) was first discovered as the agent that causes the abscission or dropping of cotton bolls. However, more recent studies indicate that ABA plays only a minor role in the abscission process. ABA accumulates as a response to stressful environmental conditions, such as dehydration, cold temperatures, or shortened day lengths. Its activity counters many of the growth-promoting effects of GAs and auxins. ABA inhibits stem elongation and induces dormancy in lateral buds.

ABA induces dormancy in seeds by blocking germination and promoting the synthesis of storage proteins. Plants adapted to temperate climates require a long period of cold temperature before seeds germinate. This mechanism protects young plants from sprouting too early during unseasonably warm weather in winter. As the hormone gradually breaks down over winter, the seed is released from dormancy and germinates when conditions are favorable in spring. Another effect of ABA is to promote the development of winter buds it mediates the conversion of the apical meristem into a dormant bud. Low soil moisture causes an increase in ABA, which causes stomata to close, reducing water loss in winter buds.

Etylén

Etylén is associated with fruit ripening, flower wilting, and leaf fall. Ethylene is unusual because it is a volatile gas (C2H4). Hundreds of years ago, when gas street lamps were installed in city streets, trees that grew close to lamp posts developed twisted, thickened trunks and shed their leaves earlier than expected. These effects were caused by ethylene volatilizing from the lamps.

Aging tissues (especially senescing leaves) and nodes of stems produce ethylene. The best-known effect of the hormone, however, is the promotion of fruit ripening. Ethylene stimulates the conversion of starch and acids to sugars. Some people store unripe fruit, such as avocadoes, in a sealed paper bag to accelerate ripening the gas released by the first fruit to mature will speed up the maturation of the remaining fruit. Ethylene also triggers leaf and fruit abscission, flower fading and dropping, and promotes germination in some cereals and sprouting of bulbs and potatoes.

Ethylene is widely used in agriculture. Commercial fruit growers control the timing of fruit ripening with application of the gas. Horticulturalists inhibit leaf dropping in ornamental plants by removing ethylene from greenhouses using fans and ventilation.

Nontraditional Hormones

Recent research has discovered a number of compounds that also influence plant development. Their roles are less understood than the effects of the major hormones described so far.

Jasmonates play a major role in defense responses to herbivory. Their levels increase when a plant is wounded by a predator, resulting in an increase in toxic secondary metabolites. They contribute to the production of volatile compounds that attract natural enemies of predators. For example, chewing of tomato plants by caterpillars leads to an increase in jasmonic acid levels, which in turn triggers the release of volatile compounds that attract predators of the pest.

Oligosaccharins also play a role in plant defense against bacterial and fungal infections. They act locally at the site of injury, and can also be transported to other tissues. Strigolactones promote seed germination in some species and inhibit lateral apical development in the absence of auxins. Strigolactones also play a role in the establishment of mycorrhizae, a mutualistic association of plant roots and fungi. Brassinosteroids are important to many developmental and physiological processes. Signals between these compounds and other hormones, notably auxin and GAs, amplifies their physiological effect. Apical dominance, seed germination, gravitropism, and resistance to freezing are all positively influenced by hormones. Root growth and fruit dropping are inhibited by steroids.

Plant Responses to Wind and Touch

The shoot of a pea plant winds around a trellis, while a tree grows on an angle in response to strong prevailing winds. These are examples of how plants respond to touch or wind.

The movement of a plant subjected to constant directional pressure is called tigmotropizmus, from the Greek words thigma meaning “touch,” and tropism implying “direction.” Tendrils are one example of this. The meristematic region of tendrils is very touch sensitive light touch will evoke a quick coiling response. Cells in contact with a support surface contract, whereas cells on the opposite side of the support expand (Figure 23.14). Application of jasmonic acid is sufficient to trigger tendril coiling without a mechanical stimulus.

A thigmonastic response is a touch response independent of the direction of stimulus Figure 23.24. In the Venus flytrap, two modified leaves are joined at a hinge and lined with thin fork-like tines along the outer edges. Tiny hairs are located inside the trap. When an insect brushes against these trigger hairs, touching two or more of them in succession, the leaves close quickly, trapping the prey. Glands on the leaf surface secrete enzymes that slowly digest the insect. The released nutrients are absorbed by the leaves, which reopen for the next meal.

Everyday Connection for AP® Courses

The mimosa plant is also known as the sensitive plant, because its leaves are sensitive to touch and will fold inward and droop. Leaves in their normal state are shown on the left.

Thigmomorfogenéza is a slow developmental change in the shape of a plant subjected to continuous mechanical stress. When trees bend in the wind, for example, growth is usually stunted and the trunk thickens. Strengthening tissue, especially xylem, is produced to add stiffness to resist the wind’s force. Researchers hypothesize that mechanical strain induces growth and differentiation to strengthen the tissues. Ethylene and jasmonate are likely involved in thigmomorphogenesis.

Odkaz na Učenie

Use the menu at the left to navigate to three short movies: a Venus fly trap capturing prey, the progressive closing of sensitive plant leaflets, and the twining of tendrils.

  1. anywhere, because the whole surface of the leaf responds to touch
  2. only on the margins of the leaves where insects usually land
  3. in the center of the leaf, where the touch-sensitive hairs are located
  4. on the petiole followed by the center of leaf which signal the presence of a wandering insect

Defense Responses against Herbivores and Pathogens

Plants face two types of enemies: herbivores and pathogens. Herbivores both large and small use plants as food, and actively chew them. Patogény sú pôvodcami chorôb. Tieto infekčné mikroorganizmy, ako sú huby, baktérie a háďatká, žijú z rastliny a poškodzujú jej tkanivá. Rastliny vyvinuli rôzne stratégie na odradenie alebo zabitie útočníkov.

The first line of defense in plants is an intact and impenetrable barrier. Bark and the waxy cuticle can protect against predators. Other adaptations against herbivory include thorns, which are modified branches, and spines, which are modified leaves. They discourage animals by causing physical damage and inducing rashes and allergic reactions. A plant’s exterior protection can be compromised by mechanical damage, which may provide an entry point for pathogens. Ak dôjde k porušeniu prvej obrannej línie, rastlina sa musí uchýliť k inému súboru obranných mechanizmov, ako sú toxíny a enzýmy.

Sekundárne metabolity sú zlúčeniny, ktoré nie sú priamo odvodené z fotosyntézy a nie sú potrebné pre dýchanie alebo rast a vývoj rastlín. Many metabolites are toxic, and can even be lethal to animals that ingest them. Niektoré metabolity sú alkaloidy, ktoré odrádzajú predátorov škodlivými zápachmi (ako sú prchavé oleje z mäty a šalvie) alebo odpudzujúcou chuťou (ako horkosť chinínu). Iné alkaloidy ovplyvňujú bylinožravce tým, že spôsobujú buď nadmernú stimuláciu (kofeín je jedným príkladom) alebo letargiu spojenú s opioidmi. Niektoré zlúčeniny sa po požití stávajú toxickými, napríklad glykolkyanid v koreni manioku uvoľňuje kyanid až po požití bylinožravcom.

Mechanical wounding and predator attacks activate defense and protection mechanisms both in the damaged tissue and at sites farther from the injury location. Some defense reactions occur within minutes: others over several hours. The infected and surrounding cells may die, thereby stopping the spread of infection.

Long-distance signaling elicits a systemic response aimed at deterring the predator. Keď je tkanivo poškodené, jasmonáty môžu podporovať syntézu zlúčenín, ktoré sú toxické pre predátorov. Jasmonates also elicit the synthesis of volatile compounds that attract parasitoids, which are insects that spend their developing stages in or on another insect, and eventually kill their host. Rastlina môže aktivovať abscisiu poraneného tkaniva, ak je poškodené tak, že sa neopraví.


Application of chitosan on plant responses with special reference to abiotic stress

Chitosan is a natural biopolymer modified from chitins which act as a potential biostimulant and elicitor in agriculture. It is non-toxic, biodegradable and biocompatible which favors potentially broad application. It enhances the physiological response and mitigates the adverse effect of abiotic stresses through stress transduction pathway via secondary messenger(s). Chitosan treatment stimulates photosynthetic rate, stomatal closure through ABA synthesis enhances antioxidant enzymes via nitric oxide and hydrogen peroxide signaling pathways, and induces production of organic acids, sugars, amino acids and other metabolites which are required for the osmotic adjustment, stress signaling, and energy metabolism under stresses. It is also known to form complexes with heavy metals and used as tool for phytoremediation and bioremediation of soil. Besides, this is used as antitranspirant compound through foliar application in many plants thus reducing water use and ensures protection from other negative effects. Based on such beneficial properties, chitosan is utilized in sustainable agricultural practices owing to changing climates. Our review gathers the recent information on chitosan centered upon the abiotic stress responses which could be useful in future crop improvement programs.

Toto je ukážka obsahu predplatného, ​​prístup cez vašu inštitúciu.


A Level Biology: Plant Responses (Plant Hormones)

I have been teaching Biology for 17 years and I have struggled to find concise and engaging resources for teaching Biology, which is why I have set about creating my own. I hope that my resources are enjoyed by your pupils and of course support their learning of such an interesting and great subject. We are currently offering a 50% discount to all members who sign up now for our website for the first year, just copy and paste the code 3711E747FB when prompted during the signing up process.

Zdieľajte to

pdf, 353.12 KB pdf, 8.33 MB pdf, 6.97 MB pdf, 12.33 MB pdf, 6.84 MB pdf, 12.37 MB pdf, 4.75 MB pdf, 6.95 MB pdf, 552.57 KB pdf, 4.76 MB pdf, 7.18 MB

A visually appealing and well laid out A level worksheet pack focusing on plant responses and the plant hormones involved. There are three worksheets included in the pack, designed for pupils to work through independently. Once completed these worksheets will create a set of useful and detailed revision notes for students.

Worksheets cover the following:

  1. Overview of plant responses and the roles of the 5 main plant hormones. This worksheet comes with 5 information sheets, one for each hormone, that pupils can use to complete the table element of the worksheet.
  2. Plant responses to the environment
  3. Types of plant response (tropisms)

Answer sheets are provided for all three worksheets.

Preskúmanie

Vaše hodnotenie je potrebné, aby odrážalo vaše šťastie.

Je dobré zanechať spätnú väzbu.

Niečo sa pokazilo. Prosím, skúste to neskôr.

W1ll0w

Really useful worksheets with answers. Ďakujem

Prázdna odpoveď nemá pre koncového používateľa žiadny zmysel

Nahláste tento zdroj a dajte nám vedieť, ak porušuje naše zmluvné podmienky.
Náš tím zákazníckych služieb posúdi vašu správu a bude vás kontaktovať.

I have been teaching Biology for 17 years and I have struggled to find concise and engaging resources for teaching Biology, which is why I have set about creating my own. I hope that my resources are enjoyed by your pupils and of course support their learning of such an interesting and great subject. We are currently offering a 50% discount to all members who sign up now for our website for the first year, just copy and paste the code 3711E747FB when prompted during the signing up process.


Pozri si video: Biológia 8. ročník Rozmnožovanie rastlín (Smieť 2022).


Komentáre:

  1. Wadanhyll

    Momentálne sa nemôžem zúčastniť diskusie - som veľmi zaneprázdnený. Budem slobodný - určite vyjadrím svoj názor.

  2. Willa

    I can't take part in the discussion right now - I'm very busy. I will definitely express my opinion very soon.

  3. Roth

    yes dofig it stands ...

  4. Cian

    The safe answer ;)

  5. Eachthighearn

    Pekný príspevok! Bolo pre mňa zaujímavé čítať. Teraz sa pozriem na váš blog ešte častejšie.



Napíšte správu