Fototropism (fototroopilisus): taimede kasv valguse suunas

Fototropism: kuidas taimed kasvavad valguse suunas — selgitus auxiini, fototropiinide ning positiivse ja negatiivse fototroopia mehhanismide kohta.

Fototropilisus tähendab taime või muu organismi kasvu suunatumist valguse poole. Fototroopilisus on tavaline taimedel, kuid võib esineda ka muudel organismidel, näiteks seentel. Kui taime üks külg saab valgust vähem, kogunevad seal nö kasvuhormoonid ja rakkude pikenemine muutub ebavõrdseks, mille tulemuseks on varre või võrse kõverus valguse suunas. Fototropism on oluline viis, kuidas taimed optimeerivad valguse kättesaadavust fotosünteesiks.

Molekulaarne ja rakkude tasandi mehhanism

Valgussignaali tuvastavad taimedesse spetsiaalsed retseptorid. Paljudel varte tipul toimuv fototroopiline vastus juhitakse sinise valguse retseptorite kaudu – fototropiinide kaudu; näiteks on see hästi uuritud Arabidopsis thaliana puhul. Teised valgustundlikud retseptorid taimedes on fütokroomid, mis tajuvad punast valgust, ja krüptokroomid, mis samuti reageerivad sinisele valgusele.

Ühepoolse (unilateraalse) valguse puhul toimub hormooni jaotuse ümberpaiknemine: auxiin, mis tavaliselt soodustab rakkude pikenemist, koguneb peamiselt varre tumedamale küljele. See viib tumedama poole rakkude kiirema pikenemiseni võrreldes valguse poole jääva küljega ning kogu vars kaardub valguse suunas. Auxiini hulgamuutust ja transporti rakkude vahel vahendavad spetsiifilised transportijad (näiteks PIN-valgud ja AUX1-sugused transportijad), mis suunavad auxiini lokaalsesse kontsentratsiooniigradiendi.

Rakulisel tasandil soodustab suurem auxiini kontsentratsioon raku seinte lõdvestumist (nn happeline kasvumehhanism), mille kaudu rakkudes tekib vedelikusissevool ja pikenemine. Signaaliülekanne fototropeinidest auxiini ja transportvalkudeni on keeruline ning hõlmab mitmeid valguliselt reguleeritud fosforüülimise ja ümberpaigutamise samme.

Positiivne ja negatiivne fototrooplus; võrdsed ja erinevad reaktsioonid

Kasvamine valgusallika suunas on positiivne fototroopia, samas kui kasvamist valgusest eemale nimetatakse negatiivseks fototroopiaks. Enamikul taimede võrsetel on positiivne fototropism, sest see aitab lehtedel ja võrsetel saada rohkem valgust fotosünteesiks. Juurtel on tavaliselt negatiivne fototropism (juured kasvavad valgusest eemale), kuid juurte käitumist mõjutab tugevalt ka gravitropism, mis juhib juurekasvu allapoole. On ka erandeid: näiteks mõned viinapuude võrsete tipud võivad olla negatiivse fototroopiaga, mis võimaldab neil kasvada tumedate, tahkete objektide suunas ja nendele ronida.

Ajalooline taust ja uurimused

Fototroopilisust hakkasid juba 19. sajandil uurima Charles Darwin ja ta poeg Francis; Darwin kirjeldas, kuidas õisikupuud (coleoptiles) ja varred kaarduvad valguse suunas. Tänapäeval võimaldavad molekulaarsuuringud tuvastada konkreetseid retseptoreid (näiteks fototropiinid PHOT1 ja PHOT2), auxiini transportijaid ja signaaliradasid, mis koos kujundavad fototroopset vastust.

Koostoimed teiste signaalidega

Fototropism ei toimi üksinda: taimed integreerivad informatsiooni valguse, raskusjõu, hormonaalsete signaalide ja keskkonnatingimuste (niiskus, soojus) kohta. Näiteks võib gravitatsioon mõjutada võrsete suuna valikut ja juurte reaktsiooni, ning perifeersed signaalid (nt fütokroomide poolt signaalitud punane/far-red suhe) muudavad valgustundlikkuse ja auxiini jaotust.

Praktiline tähendus

Fototropism on oluline aianduses ja põllumajanduses: taimede kasvukasutuse optimeerimiseks kasutatakse valgustimingut, taimevarre kujundamist ja ruumikasutust. Kasvatamisel siseruumides või kasvuhoonetes mõjutab valguse suund ja intensiivsus taimede kaarevastust, varjude tekkimist ja seega saagikust. Mõistmine, kuidas valgus mõjutab kasvustruktuuri, aitab kujundada paremaid kasvu- ja valgustingimusi.

Kokkuvõte

• Fototropism on taime reagimine valgusele, mis viib kasvuni valguse suunas või eemale.
• Protsessi keskmes on valgustundlikud retseptorid (fototropiinid, fütokroomid, krüptokroomid) ja hormonaalne reguleerimine, peamiselt auxiini ja selle transportijate kaudu.
• Fototropism töötab koos teiste orientatsioonimehhanismidega nagu gravitatsioon ning tal on teaduslik ja praktiline tähtsus.

Küsimused ja vastused

K: Mis on fototropism?

K: Millistel organismidel peale taimede võib esineda fototroopiat?

K: Mis on taimede kasvuhormoon, mis põhjustab fototroopiat?

K: Mis juhtub positiivset fototroopiat ilmutava taime valgusest kõige kaugemal asuvate rakkudega?

K: Mis vahe on positiivsel ja negatiivsel fototroopial?

K: Kuidas nimetatakse nähtust, kui viinapuude võrsete tipud kasvavad tumedate, tahkete objektide suunas?

K: Millised retseptorid taimedes vastutavad Arabidopsis thaliana fototroopilisuse suunamise eest?

Otsing