湖北景觀設計公司分享植物的向性運動,高等植物的運動不能像動物那樣自由地移動整體位置,它只是植物體的器官在空間發(fā)生位置和方向的變動。
向性運動(tropic movement)是指植物對外界環(huán)境中的單方向刺激而引起的定向生長運動。它主要是由于不均勻生長而引起的,因此切去生長區(qū)域的器官或者已停止生長的器官都不會表現(xiàn)向性運動。根據(jù)刺激的種類可以相應地分為向光性、向重力性、向水性、向化性和向觸性等。
向光性
植物的向性運動是指植物器官因單向光照而發(fā)生的定向彎曲能力。通常,幼苗或幼嫩的植株向光源一方彎曲,稱正向光性;許多植物的根是背光生長的,稱負向光性;而有些葉片是通過葉柄扭轉(zhuǎn),使自己處于對光線適合的位置,與光線通常呈垂直反向,即表現(xiàn)橫向光性。向光性是植物對外界環(huán)境的有利適應。
向光性產(chǎn)生的機理仍在研究中,傳統(tǒng)的觀點認為是生長素濃度的差異造成的,是光刺激生長素自頂端向背光面?zhèn)认蜻\輸,背光面的生長素濃度高于向光面,背光面的生長較快,因此發(fā)生向光彎曲。但近年來認為,向光性的產(chǎn)生是由于生長抑制物質(zhì)如蘿卜寧、蘿卜酰胺、黃質(zhì)醛等的分布不均勻而引起的。藍光對向光性運動zui有效。
向重力性
是植物對地心引力的定向生長反應。根具有正向重力性,莖具有負向重力性。葉和某些植物的地下莖還有橫向重力性。稻、麥倒伏后,能再直立起來就是因為莖節(jié)有負向重力性的緣故。植物具有向重力性具有明顯的生物學意義。
植物在重力刺激下重新取向的過程可分感受、轉(zhuǎn)導和順應三個階段。應用視頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)精確地測定玉米根的向重力性反應,發(fā)現(xiàn)約35%的樣品受重力后穩(wěn)定地向下彎曲。但其余65%的樣品,在達到垂直指向前,有彎曲返回現(xiàn)象,重新彎曲時可在垂直指向周圍來回擺動。
根冠是感受重力的部位。摘除根冠或移植根冠,根會失去或恢復順應重力的特性。根冠細胞里有感受重力的細胞器如淀粉粒,常稱平衡石。它們的沉積常與感受重力的變化呈正相關。用玻璃毛細電極測定重力取向變化時菜豆根伸長區(qū)細胞的電勢,發(fā)現(xiàn)上下側(cè)電勢有急劇的不對稱變化,這意味著伸長區(qū)也感受重力刺激。
很早就有人提出重力刺激可產(chǎn)生某種延長細胞物質(zhì)的不對稱分布,1937年Thimann概括為生長素的不均勻分布引起組織不對稱的生長。生物測試法、色譜法都證實水平放置的根、莖的上側(cè)生長素減少,下側(cè)生長素增加。因根對生長素的敏感性強,故生長素將抑制組織下側(cè)的生長而導致根的正向重力性,莖反之而導致莖的負向重力性。后來又發(fā)現(xiàn)在垂直取向的根中,鈣均勻分布;而水平取向的根中,鈣向下側(cè)運動。并且,根冠中鈣調(diào)素的濃度是伸長區(qū)的4倍。施加鈣調(diào)素的抑制劑將會阻礙彎曲,因而鈣泵和生長素泵學說認為,在這兩個泵的作用下,鈣和生長素在根冠下側(cè)增多并聚積,從而引起處于不同位置的根內(nèi)發(fā)生不同變化。
根冠的淀粉體受到重力影響,向下運動壓在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上,誘使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)將鈣釋放出來,鈣與鈣調(diào)素結(jié)合,呈激活狀態(tài),激活鈣泵和生長素泵;分別將鈣和生長素運到細胞壁;生長素大部分分布在根的下側(cè),鈣也促進生長素返回伸長區(qū)下側(cè);這樣,下側(cè)生長素過多,抑制伸長區(qū)伸長,而上側(cè)生長素較少,生長正常;上側(cè)生長快,下側(cè)生長慢,所以根就向重力方向彎曲生長。
近來,有人發(fā)現(xiàn)禾本科植物狗牙根匍匐莖重力刺激后,乙烯水平的上升與重力彎曲呈正相關,并且可以促使ACC合成酶及乙烯形成酶系,故認為乙烯也與向重力性有關。有人發(fā)現(xiàn)大豆的重力彎曲與一系列的mRNA的不對稱分布有關,刺激3min后,有人分析了生長素與受體結(jié)合后的反應,認為重力取向變化時,組織對生長素的敏感度的變化更為重要。
光刺激誘發(fā)的效應是穩(wěn)定的,短時間的重力刺激不能抵消向光性,但長時間的重力刺激可以消除向光性。紅光對向重力性反應變化敏感,且不能被遠紅光所逆轉(zhuǎn),故認為光敏色素也與向重力性反應有關。重力刺激撤消,根的彎曲可隨之減小以致消失,它可能來自刺激前的記憶。
隨著太空技術的發(fā)展,人們都渴望揭示向性運動的機理。進一步的工作是確認zui初發(fā)生的事件及關系,完善并修正以上多種看法,以尋求它們之間的關系,并能用以指導生產(chǎn)。
向化性
向化性(chemotropism)是指由于植物周圍化學物質(zhì)分布不均勻引起的生長運動。根的生長有向化現(xiàn)象,總是向肥料較多的區(qū)域生長。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上利用作物的這種特性,可以用施肥影響根的生長,例如,水稻深層施肥可使根向土壤深層生長,分布廣,對吸收水肥有利;又如種植香蕉時,可以采用以肥引芽的辦法,把肥料施在人們希望它長苗的空曠處,使植株分布均勻。
向水性
當土壤較干燥而水分分布不均勻時,根總是向較潮濕的地方,即水勢高的區(qū)域生長,這種現(xiàn)象叫做向水性。由于根的向重力性反應大大強于向水性反應,所以根的向水性研究較為困難。一種豌豆突變體的發(fā)現(xiàn)解決了這個問題。該突變體既無向重力性反應,又無向光性反應。利用這個突變體研究的結(jié)果表明,感受濕度梯度導致正向水性反應的部位是根冠,鈣在根向水性反應中有作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上蹲苗的采用,就是有意識地限制水分的供應,促使根向深處生長。
向觸性
向觸性(thigmotropism)是指有些植物與一個固體物接觸時,很快發(fā)生生長變化的反應,zui常見的例子就是黃瓜、南瓜、絲瓜、豌豆、葡萄等植物的卷須。正在生長的卷須自發(fā)地進行著回旋轉(zhuǎn)頭運動,不停地尋找附近的支持物,卷須端部腹側(cè)較為敏感,與固體物一接觸,立刻產(chǎn)生電波和化學物質(zhì)向下傳遞,引發(fā)兩側(cè)細胞不均衡生長,很快圍繞固體物纏繞起來,可在lh內(nèi)繞幾圈。這些植物依靠這種方式向上攀緣生長。卷須的行為包括自發(fā)的、向觸性和感觸性運動,由膨壓、不均衡生長和原生質(zhì)收縮共同作用下完成。
有人做了這樣一個實驗,將豌豆卷須置黑暗條件下3天,再摩擦卷須,它們不卷曲,這可能是因為卷須運動需要ATP;如果在摩擦后一小時內(nèi)照光,就有卷曲反應,這說明卷須對觸覺的刺激有“記憶”能力。
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