36.2: المستقبلات الضوئية واستجابات النبات للضوء

يلعب الضوء دوراً مهماً في تنظيم نمو النباتات وتطورها. بالإضافة إلى توفير الطاقة لعملية التمثيل الضوئي ، يوفر الضوء إشارات مهمة أخرى لتنظيم مجموعة من الاستجابات التنموية والفسيولوجية في النباتات.

ما هو المستقبل الضوئي؟

تستجيب النباتات للضوء باستخدام مجموعة فريدة من البروتينات الحساسة للضوء تسمى المستقبلات الضوئية. تحتوي المستقبلات الضوئية على أصباغ ضوئية ، والتي تتكون من مكون بروتيني مرتبط بصبغة غير بروتينية ماصة للضوء تسمى حامل اللون. هناك عدة أنواع مختلفة من المستقبلات الضوئية ، والتي تختلف في تسلسلها من الأحماض الأمينية ونوع حامل اللون الموجود. تستجيب هذه الأنواع بحد أقصى لأطوال موجية محددة مختلفة من الضوء ، تتراوح من الأشعة فوق البنفسجية ب(٢٨٠-٣١٥ نانومتر) إلى الأحمر البعيد (٧٠٠-٧٥٠ نانومتر). يتسبب امتصاص حامل اللون للضوء في إحداث تغييرات هيكلية في المستقبل الضوئي ، مما يؤدي إلى سلسلة من أحداث تحويل الإشارة التي تؤدي إلى تغييرات في التعبير الجيني.

نظام الصبغ النباتي

توجد العديد من أنواع المستقبلات الضوئية في النباتات. الأصباغ النباتية هي فئة من المستقبلات الضوئية التي تستشعر الضوء الأحمر والضوء الأحمر البعيد. يعمل نظام الصبغ النباتي كمفتاح إضاءة طبيعي ، مما يسمح للنباتات بالاستجابة لشدة الضوء البيئي ومدته ولونه.

يلعب نظام الصبغ النباتي دوراً مهماً في التكوُّن الضوئي _ نمو وتطور النباتات استجابة للضوء. يحتوي ضوء الشمس الساطع على ضوء أحمر أكثر من الضوء الأحمر البعيد. يمتص الكلوروفيل الضوء الأحمر بقوة ، لذلك تتلقى المناطق النباتية المظللة ضوءاً أحمر بعيداً أكثر من الضوء الأحمر.

تستخدم النباتات الكروموسومات النباتية لتكييف نموها استجابةً للضوء الأحمر والضوء الأحمر البعيد. يؤدي التعرض للضوء الأحمر البعيد في المناطق المظللة إلى استطالة السيقان والأعناق بحثاً عن الضوء. من ناحية أخرى ، فإن التعرض للأطوال الموجية الحمراء من أشعة الشمس غير المفلترة يعزز النمو الجانبي والتفرع.

عندما تنبت بذرة،تمتد الجذور إلى التربة والبراعم باتجاه الضوء. تعدل النباتات أيضاًنموها لزيادة التعرض للضوء. كيف تحس النباتات باتجاه ونوعية الضوء؟المستقبلات الحساسة للضوء تسمى أيضاًالمستقبلات الضوئية،تتوسط استجابة النبات للضوء.

تحتوي المستقبلات الضوء مكون بروتين يتحد لصبغة ممتصة للضوء تسمى الكروموفور. يمكن أن تمتلك النباتات عدة عائلات وأنواعاًمتعددة من المستقبلات الضوئية. وتستجيب معاًللأطوال الموجية للضوء وتتراوح من اللون فوق البنفسجي لمناطق الأحمر البعيد من الطيف الضوئي.

كل كروموفور في في مستقبل ضوئي محدد يمتص ضوءًبطول موجي معيّن،يسبّب تغيراًهيكلياًفي المستقبِل. يحفز تنشيط المستقبل الضوئي سلسلة إشارات في الخلايا النباتية. وهذا بدوره،يمكن أن يؤدي إلى التعبير الجيني مما يؤثر على نمو وشكل النبات.

على سبيل المثال،تغير النباتات نموها استجابة إلى التظليل باستخدام عائلة مستقبلات فيتوكروم المستقبلات الضوئية. كل فيتو كروم يمتلك شكلين مميزين متحولين فيما بينهما Pr غير النشط فيسيولوجياًو Pfr النشط يمتص Pr الضوء الأحمر ويتحول بسرعة لشكل Pfr النشط يمتص Pfr اللون الأحمر البعيد ويتحول مرة أخرى إلى الشكل Pr غير النشط التحول المتتالي ل pr و Pfr يصل إلأى توازن ديناميكي في ضوء النهار. يمكن للنباتات الطويل أن تصفي اللون الأحمر خارجاًمن الطيف الضوئي تاركةًالنباتات التي تحتها بلون أحمر بعيد مقارنة بأشعة الشمس المباشرة.

يسمح نظام الفيتو كروم للنبات بالإحساس بمعدل اللون الأحمر الى اللون الأحمر البعيد ويعدّل نموها. عند يتحرك توازن Pfr:Pr باتجاه Pr فإن النبتة تستطيل باحثة عن الضوء. المستوى الأعلى من Pfr يحث النمو الجانبي أو التفرع وبهذه الطريقة،فإن نظام الفيتو كروم يسمح للنباتات بالنمو بعيداًعن الظل باتجاه الضوء.