Fototropizmus: a növények fényre irányuló növekedése és oka

Fototropizmus: hogyan és miért hajlanak a növények a fény felé — auxin, fototropinok működése és gyakorlati példák egyszerűen, érthetően.

A fototropizmus a fény irányába történő növekedés. A fototropizmus gyakori a növényeknél, de más szervezetekben, például gombákban is előfordulhat. A növénynek a fénytől legtávolabbi sejtjei egy auxin nevű növényi növekedési hormonnal rendelkeznek, amely a fototropizmus kialakulását okozza. Ennek hatására a növénynek a fénytől legtávolabbi oldalon lévő sejtjei megnyúlnak. Fototropizmus során tehát nem maga a fény „húzza” a növényt, hanem a fényre adott biokémiai válasz eredményeként a növekedés iránya módosul.

Milyen mechanizmus okozza a hajlást?

A fototropizmus lényege a sejtnövekedés differenciálódása a növényi szerv két oldalán. A folyamat főbb lépései röviden:

• Fényérzékelés: A kék fényt érzékelő fotoreceptorok (fototropinok, pl. fot1 és fot2) és más fényérzékelők (kriptokrómok, fitokrómok) észlelik a fény irányát és intenzitását.
• Jelátvitel: A fotoreceptorok aktiválódása jelátviteli folyamatokat indít el, amelyek módosítják az auxin eloszlását a szárban vagy hajtásban.
• Auxin-átcsoportosulás: Az auxin – különösen az indol-3-ecetsav (IAA) – nagyobb koncentrációban halmozódik fel a fény felé nem forduló (árnyékos) oldalon. A transzportot transzportfehérjék (például PIN-fehérjék) helyváltoztatása és aktivitásváltozás szabályozza.
• Sejtnyúlás: A magasabb auxinszint elősegíti a sejtfal lazulását (a H+-ATPázok aktiválásával, a pH csökkenésével és expanszin fehérjék működésével), így az árnyékos oldalon a sejtek gyorsabban nyúlnak, és a szár a fény felé hajlik.

Típusok, példák és különbségek

A fényre adott növekedési válaszokat általában így különítjük el:

• Pozitív fototropizmus: a növekedés a fényforrás felé irányul. Ezt mutatják a legtöbb hajtás és fiatal levél.
• Negatív fototropizmus: a növekedés a fénytől eltávolodva történik. Gyakori például bizonyos gyökérszakaszokban vagy egyes szőlőhajtások csúcsán, amelyek sötét tárgyak felé növekedve kapaszkodnak fel rájuk.

A gyökerek általában negatív fototropizmussal rendelkeznek, de itt a gravitropizmus (a gravitáció hatására történő növekedés) sokszor erősebb befolyással bír, így a gyökerek gyakran a gravitáció irányába nőnek.

Történeti kísérletek és bizonyítékok

A fototropizmus megértése történelmileg fontos kísérletekből született: Charles Darwin és fia tanulmányai kimutatták, hogy a csúcs központi szerepet játszik a fényre válaszban. Később Boysen-Jensen és Frits Went kísérletei bizonyították, hogy a jel egy mobilis anyag (később auxinnak nevezett anyag) révén terjed, amely a növekedést szabályozza. Went agar blokkos kísérlete például megmutatta, hogy a csúcsról eltávolított anyag az agarba diffundálva elmozdítja a hajtást.

Hol és miért fontos a fototropizmus?

A fototropizmus evolúciós és ökológiai szempontból fontos: a hajtások fény felé történő hajlása optimalizálja a fénnyel való érintkezést és így a fotoszintézist, különösen árnyékos környezetben vagy sűrű növényzet között. A „shade-avoidance” (árnyék elkerülése) jelenség része lehet a fototropikus válasznak és a fitokrómok által közvetített jelzéseknek is. Mezőgazdasági szempontból a megértése segíthet optimális ültetési sűrűség, üvegházi világítás és növényforma-tervezés kialakításában.

Záró megjegyzések és kapcsolódó érzékelők

A fototropizmust az olyan kék fény receptorok irányítják, mint a fototropinok; a növényekben található egyéb fényérzékeny receptorok közé tartoznak a vörös fényt érzékelő fitokrómok és a kék fényt érzékelő kriptokrómok. A fototropikus válasz részletes molekuláris háttere aktív kutatás tárgya: ma már ismert, hogy a fotoreceptorok aktiválása komplex jelátviteli kaszkádokat indít el, amelyek a sejtszintű szállítást és génexpressziót is befolyásolják. A modellnövények közül az Arabidopsis thaliana esetében a fototropinok és az auxin transzport fehérjék szerepét jól dokumentálták, de a pontos mechanizmus faji és szöveti szinten eltérhet.

Kérdések és válaszok

K: Mi az a fototropizmus?

K: A növényeken kívül milyen szervezetek mutathatnak fototropizmust?

K: Mi az a növényi növekedési hormon, amely a fototropizmus kialakulását okozza?

K: Mi történik a fénytől legtávolabbi oldalon lévő sejtekkel egy pozitív fototropizmust mutató növényben?

K: Mi a különbség a pozitív és a negatív fototropizmus között?

K: Hogyan nevezik azt a jelenséget, amikor a szőlő hajtáscsúcsok sötét, szilárd tárgyak felé nőnek?

K: Mely receptorok felelősek a növényekben a fototropizmus irányításáért az Arabidopsis thaliana-ban?

Keresés betűvel