فتوتروپیسم منفی ریشه های گندمی و مکانیسم های آن ها

چکیده

این آزمایش درکالج علوم زیستی، آزمایشگاه کلیدی هوبی، بهبودژرم پلاسم جنگل اقتصادی، زیست محیطی و با استفاده ازمنابع دانشگاه هوانگانگ و آزمایشگاه ژنتیک و فیزیولوژی محصولات کشاورزی دانشگاه یانگژو درایالت جیانگ سو کشورچین در بین سال های 2012 تا 2013 با هدف بررسی عملکرد و مکانیسم فتوتروپیسم منفی ریشه های گندمی و مکانیسم های آن صورت گرفت.

دراین آزمایش درجه انحراف ریشه های فرعی و ریشه های شاخه ای ازنوربررسی شد.

تاثیرنورآبی و بنفش و قرمز برفتوتروپیسم منفی گندمی مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرارگرفت.

تاثیرنورو سایه برریشه های کلاهک دارمورد مطالعه قرارگرفت وواکنش آن ها نسبت به نوروسایه مشخص شد.

دراین آزمایش همچنین تاثیرکلسیم برانحنای فتوتروپسیم درگندمی مشخص شد.

لغات کلیدی

Chlorophytum comosumگندمی

فتوتروپیسم منفی

Lacl3لانتانیوم کلرید

Cacl2 کلسیم کلرید

IAA ایندول استیک اسید

مقدمه

فتوتروپیسم چیست؟

خم شدن گیاه به سمتی که میزان نوربیشتری وجوددارد را فتوتروپیسم می گویند.این پدیده به دلیل رشد بیشتر سلول های انتهایی ساقه که درجهت سایه قراردارند اتفاق می افتد وعلت آن وجود هورمون اکسین درگیاه است.

این هورمون درنقاط رشدی گیاه به خصوص درمریستم انتهایی گیاه تولید می شود.وقتی ساقه طوری قرارداده شود که نوریک جانبه به یک سمت بتابد، اکسین درسمت مخالف نور، تجمع پیدا می کند ورشد طولی درآن قسمت زیاد می شود، درنتیجه ساقه به سمت نورخم می شود.پس علت خمیدگی ساقه، براثرتابش نور، عدم تساوی رشد دردوقسمت آن است، پس می توان گفت هورمون اکسین ازسمتی درگیاه حرکت می کند که سایه باشد.

دقت کنید حرکت اکسین ازبالا به پایین است و حرکتی قطبی می باشد که ربطی به جاذبه زمین ندارد، به طوری که حتی اگرساقه را به صورت افقی درسطح زمین قراردهیم، اکسین درسلول های سطح زیرین، بیشتر تجمع می یابد و درنتیجه منجر به رشد آن سلول ها شده و به سمت بالا حرکت می کند.

اکسین ها با فعال کردن پمپ های پروتونی درسمت تاریک ساقه، باعث خروج پروتون ازسلول می شوند.این پروتون ها با اتصال به سلولزموجود دردیواره سلولی، باعث سست شدن پیوندهای آن می شوند.

ازسوی دیگرپروتئین ها، آنزیم هایی به نام اکپانرین را فعال می کنند که روند گسستن پیوندهای هیدروژنی سلولزدیواره سلولی را تسهیل می کنند، بدین ترتیب، سلول های سمت تاریک ساقه نرم شده و کشیده می شوند که این کشش، باعث خم شدن ساقه به سمت نورمی شود.

این پدیده قابل توجه درقرن 18 میلادی تحت عنوان هلیوتروپیسم مورد تحقیق و بررسی قرارگرفت. بعدها مقدارفزاینده ای ازتحقیقات تجربی نشان داد که نورهای مصنوعی مانند شمع ها و آمپرهای رشته ای، مشابه این حالت را ایجاد می کنند.

دراواخردهه 1800 میلادی و اوایل 1900 میلادی برخی محققان، درنهال های خردل سفید یک ویژگی نورگرایی منفی را گزارش دادند.

اطلاعات کمی ازفتوتروپیسم منفی ریشه های گیاهی با توجه به مکانیسم آن ها وجود دارد.

وانگ و همکاران درسال 2002 دریافتند که نورگرایی منفی با نورآبی ارتباط دارد در حالی که نورقرمز درآن بی اثراست.

فرایند فتوتروپیسم منفی شامل انتقال اکسین قطبی می شود.نورآبی باعث انتقال اکسین ها ازسمت تابش شده به سمت سایه می شود.

:Chlorophytum comosumگندمی با نام علمی

یک گیاه زینتی محبوب و پرطرفدار است ازخانواده گیاهان تک لپه ای که بومی مناطق استوایی می باشد و دارای دو نوع سبزو ابلق است.رشد سریعی دارد و حتی به گل هم می رود که گل های کوچک و سفیدرنگ آن درفصل بهارظاهرمی شوند و این گیاه یکی از بهترین تصفیه کننده های هواست که می تواند انواع گازهای سمی و مضررا جذب کند.پرورش آن درگلدان راحت است و باگیاهچه هایی که تولید می کند قابل تکثیراست.

علاوه براین، مقاومت آن دربرابرغوطه ورشدن ریشه های آن، آن را به چشم اندازی برای تکثیربا کشت هیدروپونیک، تبدیل کرده است.

دراین آزمایش، مشاهده شد که گندمی، فتوتروپیسم منفی را نشان می دهد.

مواد و روش ها

آزمایش دربین سال های 2012 تا 2013 درکشورچین، درآزمایشگاه اصلی هوبی ازبهبودژرم پلاسم جنگل اقتصادی، زیست محیطی و با استفاده ازمنابع دانشگاه هوانگانگ و آزمایشگاه ژنتیک و فیزیولوژی محصولات کشاورزی دانشگاه یانگژو انجام شد.

نهال های گندمی، باریشه های هوایی به طول 2 تا3 میلی مترازساقه خزنده آن جمع آوری شد و با سیم فلزی ثابت شد.

ازکیسه های شفاف پرشده با آب که درکیسه های پلاستیکی سیاه قرارداده شده بود استفاده شد.

گیاهان دریک اتاقک مصنوعی دردمای 30درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 75درصد کشت شدند.

نهال هایی که ریشه های آبی جدید را دراثرگرانش می فرستند برای این آزمایش انتخاب شدند.

شدت نوربا تغییرفاصله بین نورو ریشه گندمی انجام شد.

درمان هایی( تیمارهایی) با نورتک رنگ، با استفاده ازفیلترهایی با طول جذب متفاوت انجام شد.

باپیچیدن فویل دراطراف قسمت های مختلف ریشه ها یا برش دادن آن ها برای مشاهده محل حساس به نور، فتوتروپیسم منفی ریشه ها به صورت مصنوعی ایجاد شد و یک قفل کانال کلسیم به آب اضافه شد تا تاثیر آن ها برنورگرایی منفی بررسی شود.

انحنای فتوتروپیسم منفی، توسط نقاله اندازه گیری شد.

بااستفاده ازروش های توصیف شده توسط وانگ و همکاران درسال 2002 رشد خمشی نورگرایی منفی ریشه های گندمی توسط تابش یک طرفه لامپ های کانونی 60وات انجام شد.

درشرایط دمای پایین و نورضعیف، بخش های 4 میلی متری ازنوک ریشه ها بریده شدند و به دوقسمت تقسیم شدند که ازهرقسمت 0.5 گرم نمونه برای تعیین محتوای ایندول استیک اسید، با استفاده ازروش الایزا گرفته شد.

نتایج و بحث ها

بعدازیک دوره کشت هیدروپونیک، ریشه های هوایی ناخواسته درازشدند و برخی ازریشه های شاخه ای از قسمت های کشیده خارج شدند که اگردرتاریکی کاشته می شدند قسمت های تازه رشدکرده سفیدرنگ بودند.

ریشه های آبزی نامطلوب گندمی، باگرانش به سمت پایین رشدکردند و درتاریکی قرارگرفتند.

برخی شاخه ها هم ازریشه های نابه جا فرستاده می شدند.

خم شدن ازجهت تابش و انحناها، نزدیک ریشه های ناخواسته بود.

انحنای مجموع جاذبه گرایی منفی بود.

ریشه های ناخواسته که نوک آن ها قطع شده بود، فتوتروپیسم منفی را نشان ندادند.

اگرسایه دهی برداشته شود یا نوک ریشه های جدید دوباره خارج شوند و ریشه های شاخه ای با نوک ریشه حفظ شده و بدون سایه دهی که به صورت فتوتروپسیم منفی باشد، احیا می شود.

ریشه های نوک داردرتاریکی به سمت پایین درجهت گرانش زمین، رشد کردند.

نتایج نشان داد که نورآبی و سبزبرفتوتروپیسم منفی گندمی موثرهستند درحالی که نورقرمزهیچ گونه پاسخی را ایجاد نکرد و نورآبی بیشترین تاثیررا داشت و بیشترین انحنا را ایجاد کرد.

ریشه های ناخواسته ای که نوک آن ها بریده شده بود، نتوانستند نورگرایی منفی را نشان دهند.

ریشه های شاخه ای با کلاهک ریشه محفوظ شده، فتوتروپیسم و جاذبه گرایی منفی را نشان دادند.

انحنای انتهایی فتوتروپیسم منفی ریشه های گندمی، با افزایش شدت تابش، درمحدوده صفر تا 110 میکرومول برمترمربع درثانیه افزایش یافت.

درهنگام تابش، انحنای حداکثر88.5 درجه بود، با این حال سریع ترین نرخ افزایش انحنا درمحدوده صفر تا 20 میکرومول برمتربع درثانیه بود.

دوگروه تیمار( با ایندول استیک اسید) و شاهد ، به طوریک طرفه تحت تابش قرار گرفتند که مشخص شد در24 ساعت بعدازروشنایی، محتوای ایندول استیک اسید، دردوطرف تحت تابش و سایه داردرگروه های کنترل، برابراست اما درسمت سایه دار، بیشترازسمت تحت تابش درگروه های تیماراست، علاوه براین این روند، حالت افزایشی داشت.

اثرفتوتروپیسم منفی توسط لانتانیوم کلرید مهارشد.

اثربازدارندگی با افزایش لانتانیوم کلرید، افزایش یافت.

تمرکز رشد ریشه ها متوقف شد و فتوتروپیسم منفی خود را ازدست دادند.

زمانی که لانتانیوم کلرید به مقدار40میکرومول برمترمربع درثانیه بود، افزودن کلسیم کلرید، انحنای فتوتروپیسم منفی را بازیابی کرد.

باشدت نور، محتوای ایندول استیک اسید، درسمت سایه دار، با افزایش غلظت کلسیم کلرید، افزایش یافت و درسمت تابش شده کاهش یافت.

نتایج نشان داد که نوریک طرف و نورسبز، می تواند پاسخ نوری منفی را درگندمی القا کند درحالی که نورقرمزنمی تواند.

محتوای ایندول استیک اسید، بین دوطرف تابش شده و سایه دارتفاوتی نداشت.

بین جذب فوتون ها توسط گیرنده های نوری، انتقال جانبی اکسین و انحنای خمشی منفی، رابطه وجوددارد.

غلظت مناسب کلریدکلسیم، انتقال جانبی ایندول استیک اسید را که توسط نوریک طرفه القا می شد ارتقا داد واین باعث افزایش محتوای ایندول استیک اسید نسبت به محتوای بدون کلریدکلسیم شد.

لانتانیوم کلرید، انتقال جانبی ایندول استیک اسیدناشی ازنوریک طرفه را مهارکرد و منجربه انتقال کمتر ایندول استیک اسید ازسمت تابش شده به سمت سایه شد که باعث انحنای خمشی فوتوتروپیک منفی درگندمی شد.

کلریدکلسیم، باعث افزایش اثرمهاری لانتانیوم کلرید می شود.

کلسیم به عنوان پیام رسان دوم، برای تعامل با ایندول استیک اسید و هردو فتوتروپیسم ریشه عمل می کند.

نتیجه گیری نهایی

تمام ریشه های فرعی و ریشه های شاخه ای آن ها ازنوربا حداکثرانحراف تقریبا 88.5 درجه خم می شوند.

نورآبی و بنفش،تاثیرزیادی درفتوتروپیسم منفی درگندمی داشتند درحالی که نورقرمز، هیچ تاثیری نداشت.

ریشه هایی با کلاهک های سایه داریا خالی که درمعرض نوریک طرفه قرارگرفتند، نورگرایی منفی نشان ندادند اما هنگامی که سایه برداشته شد یا زمانی که کلاهک های ریشه جدید رشد کردند، ویژگی های اصلی خود را ازسرگرفتند.

انحنا، زمانی که شدت نوردرمحدوده صفرتا 110 میکرومول برمترمربع درثانیه بود افزایش یافت.

انحنای فتوتروپیسم منفی توسط کلسیم کلرید زیاد شد درحالی که توسط لانتانیوم کلرید مهارشد.

کلسیم کلرید، می تواند اثربازدارندگی ایندول استیک اسید را ازسمت تحت تابش به سمت سایه دارایجاد کند که منجربه توزیع نابرابرانه ایندول استیک اسید، درهردوطرف می شود.

حمل و نقل افقی ازایندول استیک اسید، توسط کلسیم کلرید زیاد شد اما توسط لانتانیوم کلرید مهارشد.

نوریک طرفه باعث انتقال افقی می شود.