지 각성 (geotropismo) 은 식물의 움직임에 대한 중력의 영향입니다. Geotropism은 지구를 의미하는 "geo"와 자극에 의한 움직임을 의미하는 "tropism"이라는 단어에서 비롯됩니다 (Öpik & Rolfe, 2005).
이 경우 자극은 중력이고 움직이는 것은 식물입니다. 자극이 중력이기 때문에이 과정을 중력 성이라고도합니다 (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
수년 동안이 현상은이 운동이 식물에서 어떻게 발생하는지 조사한 과학자들의 호기심을 불러 일으켰습니다. 많은 연구에서 식물의 다른 영역이 반대 방향으로 자란다는 것을 보여주었습니다 (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
중력은 식물 부분의 방향에 근본적인 역할을하는 것으로 관찰되었습니다. 줄기와 잎으로 형성된 윗부분은 위쪽으로 자라며 (음 중력), 아랫 부분은 뿌리는 중력의 방향으로 아래쪽으로 자랍니다 (양중 중력) (Hangarter, 1997).
이러한 중력 매개 운동은 식물이 제대로 기능을 수행하도록합니다.
광합성을 수행하기 위해 윗부분은 햇빛을 향하고 있고, 아랫 부분은 땅 바닥을 향하여 뿌리가 발달에 필요한 물과 영양분에 도달 할 수 있도록합니다 (Chen et al., 1999 ).
지구 방성은 어떻게 발생합니까?
식물은 환경에 매우 민감하며, 예를 들어 빛, 중력, 촉각, 영양분 및 물과 같이인지하는 신호에 따라 성장에 영향을 미칠 수 있습니다 (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Geotropism은 세 단계로 발생하는 현상입니다.
탐지 : 중력의 지각은 statocysts라고 불리는 특수 세포에 의해 수행됩니다.
전달 및 전달 : 중력의 물리적 자극이 식물의 다른 세포로 전달되는 생화학 적 신호로 변환됩니다.
답 : 수용체 세포는 장기의 방향을 바꾸는 곡률이 생성되는 방식으로 성장합니다. 따라서 식물의 방향에 관계없이 뿌리는 아래쪽으로 자라고 줄기는 위쪽으로 자랍니다 (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
그림 1. 플랜트에서 지구 방성의 예. 뿌리와 줄기 방향의 차이에 유의하십시오. 편집자 : Katherine Briceño.
뿌리의 지질학
뿌리가 중력쪽으로 기울어지는 현상은 수년 전에 처음으로 연구되었습니다. 유명한 책 "식물의 움직임의 힘"에서 Charles Darwin은 식물 뿌리가 중력쪽으로 자라는 경향이 있다고보고했습니다 (Ge & Chen, 2016).
뿌리 끝에서 중력이 감지되고이 정보가 신장 영역으로 전달되어 성장 방향을 유지합니다.
중력장과 관련하여 방향이 변경되면 세포는 크기를 변경하여 반응하여 뿌리 끝이 동일한 중력 방향으로 계속 성장하여 긍정적 인 지구 방성을 나타냅니다 (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup). , 2017; Wolverton et al., 2011).
Darwin과 Ciesielski는 뿌리의 끝에 지구 방성이 발생하는 데 필요한 구조가 있음을 보여주었습니다. 그들은이 구조를 "캡"이라고 불렀습니다.
그들은 캡이 중력에 대한 뿌리의 방향 변화를 감지하는 역할을한다고 가정했습니다 (Chen et al., 1999).
이후 연구에 따르면 뚜껑에는 중력 방향으로 퇴적하는 특수 세포가 있으며 이러한 세포를 statocyst라고합니다.
Statocysts에는 돌과 같은 구조가 포함되어 있으며 전분으로 가득 차 있기 때문에 편도체라고합니다. 아밀 로플 라스트는 밀도가 매우 높고 뿌리 끝에서 바로 퇴적됩니다 (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
세포 및 분자 생물학에 대한 최근 연구에서 뿌리 지구 방성을 제어하는 메커니즘에 대한 이해가 향상되었습니다.
이 과정은 auxin이라는 성장 호르몬의 수송을 필요로하는 것으로 나타 났으며,이 수송은 극성 auxin 수송으로 알려져 있습니다 (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
이것은 1920 년대 Cholodny-Went 모델에서 설명되었으며, 성장 곡률은 옥신의 고르지 않은 분포 때문이라고 제안합니다 (Öpik & Rolfe, 2005).
줄기의 지구 방성
비슷한 메커니즘이 식물의 줄기에서 발생하지만 세포가 옥신에 다르게 반응한다는 차이가 있습니다.
줄기의 새싹에서 옥신의 국소 농도를 높이면 세포 확장이 촉진됩니다. 그 반대는 뿌리 세포에서 일어난다 (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
옥신에 대한 미분 민감도는 줄기와 뿌리가 중력에 반대되는 방식으로 반응한다는 다윈의 원래 관찰을 설명하는 데 도움이됩니다. 뿌리와 줄기 모두에서 옥신은 중력을 향해 밑면에 축적됩니다.
차이점은 줄기 세포가 뿌리 세포와 반대로 반응한다는 것입니다 (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
뿌리에서는 밑면에서 세포 확장이 억제되고 중력에 대한 곡률이 생성됩니다 (양성 중력 성).
줄기에서 옥신도 아래쪽에 축적되지만 세포 확장이 증가하여 중력과 반대 방향으로 줄기의 곡률이 발생합니다 (음 중력) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
참고 문헌
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). 고등 식물의 중력. 식물 생리학, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). 식물 뿌리의 음의 중력. Nature Plants, 155, 17–20.
- 행 가터, RP (1997). 중력, 빛 및 식물 형태. 식물, 세포 및 환경, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH, … Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana : 뿌리 및 새싹 중력 학 연구를위한 모델 (pp. 1–24).
- 모리타, 몬태나 (2010). 중력에서 방향성 중력 감지. 식물 생물학의 연례 검토, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). 개화 식물의 생리학. (CU Press, Ed.) (4th ed.).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). 루트 중력 신호에 대한 새로운 통찰력. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155-2165.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). 식물 생리학 (3 판). Sinauer Associates.
- Toyota, M. 및 Gilroy, S. (2013). 식물의 중력 및 기계적 신호. American Journal of Botany, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM 및 Toska, J. (2011). 루트 캡 각도 및 중력 반응 속도는 Arabidopsis pgm-1 돌연변이에서 분리됩니다. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.