36.3:

36.3: שעונים ביולוגיים ותגובות עונתיות

Biological Clocks and Seasonal Responses

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Biology

Biological Clocks and Seasonal Responses

36.2: Photoreceptors and Plant Responses to Light

36.4: Responses to Gravity and Touch

34,613 Views

•

02:45 min

•

February 27, 2020

Overview

The circadian—or biological—clock is an intrinsic, timekeeping, molecular mechanism that allows plants to coordinate physiological activities over 24-hour cycles called circadian rhythms. Photoperiodism is a collective term for the biological responses of plants to variations in the relative lengths of dark and light periods. The period of light-exposure is called the photoperiod.

One example of photoperiodism in plants is seasonal flowering. Scientists believe that plants are cued to flower by the correspondence of their circadian clocks to changes in the photoperiod. They detect these changes using light-sensitive photoreceptor systems.

Phytochromes are a group of photoreceptors involved in flowering and other light-mediated processes. The phytochrome system enables plants to compare the duration of dark periods over several days.

Short-day (long-night) plants flower after a minimum number of consecutive long nights. Long-day (short-night) plants, by contrast, initiate flowering following a minimum number of consecutive short nights.

Phytochromes exist as two interconvertible forms: Pr and Pfr. Pr is converted into Pfr during the day, so Pfr is more abundant in daylight hours. Pfr is converted into Pr at night, so there is more Pr at nighttime. Therefore, plants can determine the length of the day-night cycle by measuring the Pr/Pfr ratio at dawn. The long nights of winter reduce Pfr levels at dawn, while the shorter nights of spring result in higher Pfr levels at sunrise.

Transcript

הפריחה של מרבית הצמחים מסונכרנת עם שינויים עונתיים, מה שמאפשר לצמחים לנבוט בתנאים אופטימליים איך צמחים חשים בזמן ושינויים עונתיים? עוזרי זמן פנימיים המכונים שעונים ביולוגיים מרגישים שינויים סביבתיים, כמו שינוי רמת האור. שעונים ביולוגיים מאפשרים לצמחים לעקוב באופן קבוע אחר מקצבים של שעונים ביולוגיים מחזוריים יומיים, של 24 שעות.

צמחים משתמשים גם בשעונים ביולוגיים כדי להגיב לשינויים עונתיים. אחד המנגנונים דרכם מגיבים הצמחים לעונות שונות הוא מערכת הפיטוכרום פיטוכרומים הם קולטנים רגישים לאור. אחד התפקידים הרבים שלהם בצמחים הוא לאתר עונות מתחלפות.

פיטוכרומים עושים זאת על ידי מדידת אורך היום או פוטופריוד. היכולת של הפיטוכרומים לווסת פוטופריודיים, תגובות ביולוגיות לפוטופריוד, תלויות במעבר המעורר-אור שלהם בין שתי צורות בלתי ניתנות להמרה ה-Pr הלא פעיל וה-Pfr הפעיל. פיטוכרומים מסונתזים בחושך, בצורת Pr שלהם הלא פעילה, בתוך הציטופלזמה של הצמח.

במהלך היום, Pr סופג אור אדום מאור השמש והופך במהירות לצורת ה-Pfr הפעילה ביולוגית שלו. Pfr יכול להפעיל מולקולות ציטופלזמיות או להעביר מחדש את הגרעין ולווסת את ביטוי הגנים. בלילה, רמות ה-Pfr בתאי הצמח יורדות בגלל היפוך האפלה האיטי של Pfr ל-Pr או הרס ה-Pfr על ידי אנזימים.

בלילות הארוכים של החורף, רמות ה-Pfr בתאי הצמח עלולות לרדת לחלוטין עם הזריחה. אם הלילות קצרים יותר, כמו באביב כמות ניכרת של Pfr. עשויה להישאר עם הזריחה היחס בין Pr ל-Pfr עם שחר מאפשר לצמחים לקבוע את אורך מחזור היום-לילה.

מכיוון שרמות ה-Pfr משתנות עם עונות השנה, רמות גבוהות יותר של Pfr עשויות להפעיל צמחים שפורחים בעונות עם ימים ארוכים ואילו רמות נמוכות יותר של Pfr נחוצות כדי להפעיל צמחים שפורחים במהלך ימים קצרים. יחסי גומלין בין מערכת הפיטוכרום לשעון הביולוגי מאפשרים לצמחים למדוד את אורכם היחסי של לילות וימים לאורך השנה ולסנכרן את פעילותם עם עונות השנה.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

שעונים ביולוגיים תגובות עונתיות פריחה צמחים חישת זמן שינויים סביבתיים מקצבים צירקדיים מערכת פיטוכרום קולטנים רגישים לאור פוטופריוד צורת יחסי ציבור צורת pfr ביטוי גנים לילה חורף