تروپیسم‌های گیاهی: معرفی و بررسی انواع آن‌ها

گیاهان، مانند حیوانات و سایر موجودات زنده، باید خود را با محیط های در حال تغییر سازگار کنند. در حالی که حیوانات می توانند در صورت بروز شرایط نامناسب محیطی از جایی به جایی دیگر بروند، گیاهان نمی توانند این کار را انجام دهند. از آنجایی که گیاهان ثابت هستند (نمی توانند حرکت کنند)، باید راه های دیگری برای مواجهه با شرایط نامساعد محیط پیدا کنند. حرکات خوابگاهی گیاهان مکانیزم هایی هستند که به گیاهان کمک می کنند تا به تغییرات محیطی سازگار شوند. خوابگاه در گیاهان به معنای رشد به سمت یا دور از یک محرک است. محرک های معمولی که بر رشد گیاه تأثیر می گذارند شامل نور، جاذبه، آب و لمس هستند. حرکات خوابگاهی در گیاهان با حرکات ناشی از محرک های دیگر، مانند حرکات ناستیک، تفاوت دارند، زیرا جهت پاسخ به جهت محرک بستگی دارد. حرکات ناستیک، مانند حرکت برگ ها در گیاهان گوشت خوار، با وجود اینکه توسط یک محرک شروع می شوند، جهت محرک در پاسخ تأثیر ندارد.

حرکات خوابگاهی در گیاهان نتیجه رشد متفاوت هستند. این نوع رشد زمانی رخ می دهد که سلول ها در یک ناحیه از یک اندام گیاهی، مانند ساقه یا ریشه، سریع تر از سلول های ناحیه مقابل رشد کنند. رشد متفاوت سلول ها، رشد اندام (ساقه، ریشه و غیره) را هدایت کرده و رشد جهت دار کل گیاه را تعیین می کند. هورمون های گیاهی، مانند اوکسی ها، به تنظیم رشد متفاوت یک اندام گیاهی کمک می کنند و باعث خم شدن یا انحراف گیاه در پاسخ به یک محرک می شوند. رشد به سمت یک محرک به عنوان حرکت خوابگاهی مثبت شناخته می شود، در حالی که رشد دور از یک محرک به عنوان حرکت خوابگاهی منفی شناخته می شود. پاسخ های خوابگاهی رایج در گیاهان شامل فتوتروپیسم، گراویتروپیسم، تیگموترپیسم، هیدروتروپیسم، ترموترپیسم و شیمیوتروپیسم هستند.

فتوتروپیسم

فتوتروپیسم رشد جهت دار یک موجود زنده در پاسخ به نور است. رشد به سمت نور، یا حرکت خوابگاهی مثبت، در بسیاری از گیاهان عروقی، مانند گیاهان گلدار، گیاهان دانه دار و سرخس ها مشاهده می شود. ساقه های این گیاهان نمایش دهنده فتوتروپیسم مثبت هستند و در جهت منبع نور رشد می کنند. فتورسپتورها در سلول های گیاهی نور را شناسایی کرده و هورمون های گیاهی، مانند اوکسی ها، به سمت جانب ساقه که دورتر از نور است هدایت می شوند. انباشت اوکسی ها در طرف سایه دار ساقه موجب می شود که سلول های این ناحیه نسبت به سلول های سوی مقابل با سرعت بیشتری کشیده شوند. در نتیجه، ساقه در جهت مخالف طرف انباشت اوکسی ها و به سمت نور خم می شود. ساقه ها و برگ های گیاهان فتوتروپیسم مثبت را نشان می دهند، در حالی که ریشه ها (که عمدتاً تحت تأثیر جاذبه قرار دارند) معمولاً فتوتروپیسم منفی را نشان می دهند. از آنجا که ارگانل های حاوی کلروفیل، که به انجام فتوسنتز کمک می کنند، در برگ ها متمرکزتر هستند، اطمینان از دسترسی این ساختارها به نور خورشید اهمیت دارد. برعکس، ریشه ها وظیفه جذب آب و مواد معدنی را بر عهده دارند که معمولاً در زیر زمین به دست می آیند. پاسخ گیاه به نور به حفظ منابع حیاتی کمک می کند.

هلیوتروپیسم در گیاهان نوعی فتوتروپیسم است که در آن برخی ساختارها، معمولاً ساقه ها و گل ها، مسیر خورشید را از شرق به غرب دنبال می کنند. برخی از گیاهان هلیوتروپیک توانایی چرخش گل ها به سمت شرق در شب را دارند تا از این طریق روبه روی خورشید هنگام طلوع قرار گیرند. این توانایی در پیگیری حرکت خورشید را می توان در گیاهان جوان آفتابگردان مشاهده کرد. با رسیدن به بلوغ، این گیاهان توانایی هلیوتروپیک خود را از دست می دهند و در موقعیت رو به شرق باقی می مانند. هلیوتروپیسم موجب افزایش رشد گیاه و ایجاد دمای بیشتری در گل های رو به شرق می شود که این امر گیاهان هلیوتروپیک را برای گرده افشان ها جذاب تر می کند.

تیگموتروپیسم

تیغ ها، برگ های تغییریافته ای هستند که دور اشیاء می پیچند و به گیاه حمایت می دهند. این ها نمونه هایی از تیگموتروپیسم هستند. تیگموتروپیسم به رشد گیاه در پاسخ به لمس یا برخورد با یک جسم سخت اشاره دارد. تیگموتروپیسم مثبت توسط گیاهان بالا رونده یا گیاهان پیچکی نشان داده می شود که دارای ساختارهای ویژه ای به نام تیغ ها هستند. یک تیغ، الحاقیه ای شبیه به رشته است که برای پیچیدن دور ساختارهای سخت استفاده می شود. زمانی که تیغ رشد می کند، این رشد به صورت الگوی چرخشی انجام می شود. نوک تیغ به سمت های مختلف خم می شود و گرداب ها و دایره های نامنظم را تشکیل می دهد. حرکت تیغ در حال رشد به نظر می رسد که گیاه در جستجوی تماس است. وقتی تیغ با یک شی تماس برقرار می کند، سلول های حسی اپیدرم روی سطح تیغ تحریک می شوند که این سلول ها می خواهند تیغ دور شی پیچیده شود.

پیچش تیغ نتیجه ای از رشد متفاوت است، زیرا سلول هایی که با محرک تماس ندارند، سریع تر از سلول هایی که با محرک تماس دارند، کشیده می شوند. همانند فتوتروپیسم در گیاهان، هورمون ها نیز در رشد متفاوت تیغ ها نقش دارند. غلظت بیشتری از هورمون در سمت تیغ که با جسم تماس ندارد، تجمع می یابد. پیچش تیغ، گیاه را به جسم متصل می کند و حمایت برای گیاه فراهم می آورد. فعالیت گیاهان صعودکننده، نور بهتری برای فتوسنتز فراهم می کند و همچنین دید گل های آنها را برای گرده افشان ها افزایش می دهد.

در حالی که تیغ ها تیگموتروپیسم مثبت را در گیاهان نشان می دهند، ریشه ها در بعضی مواقع می توانند تیگموتروپیسم منفی را نشان دهند. زمانی که ریشه ها به سمت زمین می روند، معمولاً در جهت دور از یک جسم رشد می کنند. رشد ریشه ها عمدتاً تحت تأثیر جاذبه قرار دارد و ریشه ها تمایل دارند زیر زمین و دور از سطح رشد کنند. وقتی ریشه ها با یک جسم تماس برقرار می کنند، معمولاً جهت رو به پایین خود را در پاسخ به محرک تماس تغییر می دهند. اجتناب از اشیاء، به ریشه ها اجازه می دهد تا بدون مانع از طریق خاک رشد کنند و شانس دریافت مواد مغذی را افزایش دهند.

گراویروپیسم

این تصویر مراحل اصلی در جوانه زنی بذر یک گیاه را نشان می دهد. در تصویر سوم، ریشه در پاسخ به جاذبه به سمت پایین رشد می کند، در حالی که در تصویر چهارم، ساقه جنینی (پلومول) بر خلاف جاذبه به سمت بالا رشد می کند. گراویروپیسم یا ژئوتروپیسم در گیاهان به رشد در پاسخ به جاذبه اشاره دارد. گراویروپیسم در گیاهان بسیار مهم است زیرا رشد ریشه ها را به سمت جاذبه (گراویروپیسم مثبت) و رشد ساقه در جهت مخالف (گراویروپیسم منفی) هدایت می کند. جهت گیری سیستم ریشه و ساقه یک گیاه نسبت به جاذبه را می توان در مراحل جوانه زنی در یک نهال مشاهده کرد. هنگامی که ریشه جنینی از بذر خارج می شود، در جهت جاذبه به سمت پایین رشد می کند. اگر بذر به گونه ای بچرخد که ریشه به سمت بالا و دور از خاک باشد، ریشه خم می شود و مجدداً به سمت جاذبه برمی گردد. برعکس، ساقه در حال رشد خود را در برابر جاذبه برای رشد به سمت بالا تنظیم می کند.

کلاهک ریشه مسئول تعیین جهت انتهای ریشه به سمت نیروی جاذبه است. سلول های خاصی به نام استاتوست ها در کلاهک ریشه به حس جاذبه کمک می کنند. استاتوست ها همچنین در ساقه های گیاه وجود دارند و حاوی اندامک هایی به نام آمیلوپلاست ها هستند. آمیلوپلاست ها به عنوان انبارهای نشاسته عمل می کنند. ذرات نشاسته باعث می شوند که آمیلوپلاست ها به دلیل جاذبه در ریشه های گیاه به سمت پایین نشست کنند. رسوب آمیلوپلاست ها به کلاهک ریشه سیگنال هایی ارسال می کند تا به ناحیه ای از ریشه به نام ناحیه کشش اشاره کند. سلول های این ناحیه مسئول رشد ریشه هستند. فعالیت در این ناحیه منجر به رشد متقابل و انحنا در ریشه می شود که رشد را به سمت پایین و به سمت جاذبه هدایت می کند. اگر ریشه به گونه ای حرکت کند که جهت استاتوست ها تغییر کند، آمیلوپلاست ها به پایین ترین نقطه سلول ها منتقل می شوند. تغییرات در موقعیت آمیلوپلاست ها توسط استاتوست ها حس می شود و سپس آن ها به ناحیه کشش ریشه سیگنال می دهند تا جهت انحنا را تنظیم کند.

آکسیین ها نیز در رشد جهت دار گیاهان در پاسخ به جاذبه نقش دارند. تجمع آکسیین ها در ریشه ها باعث کند شدن رشد می شود. اگر گیاه به صورت افقی بر روی پهلو قرار گیرد و هیچ نوری نبیند، آکسیین ها در سمت پایین ریشه ها جمع می شوند و منجر به رشد کمتر آن طرف و انحنا به سمت پایین ریشه خواهد شد. در شرایط مشابه، ساقه گیاه منفی جاذب روییزم نشان می دهد. جاذبه باعث می شود آکسیین ها در سمت پایین ساقه جمع شوند که موجب می شود سلول های آن سمت با سرعت بیشتری نسبت به سلول های سمت مقابل کشش یابند. در نتیجه، ساقه به سمت بالا خم می شود.

هیدروتروپیسم

هیدروتروپیسم در گیاهان به معنای رشد جهت دار در پاسخ به غلظت های آب است. این نوع تروپیسم برای محافظت گیاهان در برابر شرایط خشکی از طریق هیدروتروپیسم مثبت و در برابر اشباع آب از طریق هیدروتروپیسم منفی اهمیت دارد. این مسئله به ویژه برای گیاهان در بیوم های خشک مهم است که بتوانند به غلظت های آب پاسخ دهند. گرادیان های رطوبت در ریشه های گیاه حس می شود. سلول های سمت ریشه نزدیک تر به منبع آب، رشد کندتری نسبت به سلول های سمت مقابل دارند. هورمون گیاهی اسید آبسیزیک (ABA) نقش مهمی در ایجاد رشد متقابل در ناحیه کشش ریشه دارد. این رشد متقابل باعث می شود ریشه ها به سمت جهت آب رشد کنند.

قبل از اینکه ریشه های گیاه بتوانند هیدروتروپیسم را نشان دهند، باید بر تمایلات جاذب رویی خود غلبه کنند. این به این معنی است که ریشه ها باید نسبت به جاذبه حساسیت کمتری پیدا کنند. مطالعات انجام شده در مورد تعامل بین جاذب رویی و هیدروتروپیسم در گیاهان نشان می دهد که قرار گرفتن در معرض یک گرادیان آب یا کمبود آب می تواند موجب شود که ریشه ها هیدروتروپیسم را بر جاذب رویی ترجیح دهند. در این شرایط، آمیلوپلاست ها در استاتوست های ریشه کاهش می یابند. کاهش تعداد آمیلوپلاست ها به این معنی است که ریشه ها تحت تأثیر رسوب آمیلوپلاست ها کمتر قرار می گیرند. کاهش آمیلوپلاست ها در کلاهک های ریشه به ریشه ها کمک می کند تا بر فشار جاذبه غلبه کرده و به رطوبت پاسخ دهند. ریشه ها در خاک مرطوب تر آمیلوپلاست های بیشتری در کلاهک های ریشه دارند و نسبت به جاذبه پاسخ بیشتری از خود نشان می دهند تا آب.

تروپیسم های بیشتر در گیاهان

دو نوع دیگر از تروپیسم در گیاهان شامل ترموتروپیسم و شیمی تروپیسم است. ترموتروپیسم به معنای رشد یا حرکت در پاسخ به گرما یا تغییرات دما است، در حالی که شیمی تروپیسم به معنای رشد در پاسخ به مواد شیمیایی است. ریشه های گیاه ممکن است در یک دمای خاص ترموتروپیسم مثبت و در دمای دیگر ترموتروپیسم منفی از خود نشان دهند.

ریشه های گیاه همچنین ارگان های شیمیایی گرای قوی هستند که ممکن است به صورت مثبت یا منفی به وجود مواد شیمیایی خاص در خاک پاسخ دهند. شیمی گرایی ریشه کمک می کند تا گیاه به خاک غنی از مواد مغذی دسترسی پیدا کند و رشد و توسعه خود را افزایش دهد. گرده افشانی در گیاهان گلدار مثال دیگری از شیمی گرایی مثبت است. وقتی یک دانه گرده روی ساختار تولید مثل زنانه به نام "استیگما" قرار می گیرد، دانه گرده جوانه می زند و یک لوله گرده تشکیل می دهد. رشد لوله گرده به سمت تخمدان هدایت می شود که با آزادسازی سیگنال های شیمیایی از تخمدان مشخص می شود.