36.3:

36.3: Zegary biologiczne i reakcje sezonowe

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

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

36.2: Photoreceptors and Plant Responses to Light

36.4: Responses to Gravity and Touch

34,503 Views

•

02:45 min

•

February 27, 2020

Overview

Zegar okołodobowy lub biologiczny jest wewnętrznym, mierzącym czas mechanizmem molekularnym, który pozwala roślinom koordynować czynności fizjologiczne w 24-godzinnych cyklach zwanych rytmami okołodobowymi. Fotoperiodyzm to zbiorczy termin określający biologiczne reakcje roślin na zmiany względnej długości okresów ciemnych i jasnych. Okres ekspozycji na światło nazywany jest fotoperiodem.

Jednym z przykładów fotoperiodyzmu u roślin jest kwitnienie sezonowe. Naukowcy uważają, że rośliny są zachęcane do kwitnienia przez zgodność ich zegarów okołodobowych ze zmianami w fotoperiodze. Wykrywają te zmiany za pomocą światłoczułych systemów fotoreceptorów.

Fitochromy to grupa fotoreceptorów biorących udział w kwitnieniu i innych procesach zależnych od światła. System fitochromów umożliwia roślinom porównywanie czasu trwania okresów ciemności w ciągu kilku dni.

Rośliny krótkodniowe (długie noce) kwitną po minimalnej liczbie następujących po sobie długich nocy. Z kolei rośliny o długim dniu (krótkiej nocy) rozpoczynają kwitnienie po minimalnej liczbie następujących po sobie krótkich nocy.

Fitochromy występują jako dwie wzajemnie konwertowalne formy: Pr i Pfr. Pr jest przekształcany w Pfr w ciągu dnia, więc Pfr jest bardziej obfity w ciągu dnia. Pfr jest konwertowane na Pr w nocy, więc w nocy jest więcej Pr. Dlatego rośliny mogą określić długość cyklu dnia i nocy, mierząc stosunek Pr/Pfr o świcie. Długie noce zimą obniżają poziom Pfr o świcie, podczas gdy krótsze noce wiosny skutkują wyższymi poziomami Pfr o wschodzie słońca.

Transcript

Kwitnienie większości roślin jest zsynchronizowane ze zmianami pór roku, co pozwala roślinom kiełkować w optymalnych warunkach. Jak rośliny wyczuwają czas i zmiany pór roku?

Wewnętrzne chronometraże zwane zegarami biologicznymi wyczuwają zmiany środowiskowe, takie jak zmieniający się poziom światła. Zegary biologiczne pozwalają roślinom regularnie podążać za rytmami okołodobowymi, dobowymi, 24-godzinnymi cyklami behawioralnymi.

Rośliny wykorzystują również zegary biologiczne, aby reagować na zmiany sezonowe. Jednym z mechanizmów, za pomocą których rośliny reagują na różne pory roku, jest system fitochromów.

Fitochromy są receptorami wrażliwymi na światło. Jedną z ich wielu funkcji w roślinach jest wykrywanie zmieniających się pór roku. Fitochromy robią to, mierząc długość dnia lub fotoperiod. Zdolność fitochromów do regulowania fotoperiodyzmu, biologicznych reakcji na fotoperiod, zależy od stymulowanego światłem przejścia między dwiema interkonwertowalnymi formami – nieaktywnym Pr i aktywnym Pfr.

Fitochromy są syntetyzowane w ciemności, w nieaktywnej formie Pr, w cytoplazmie roślinnej. W ciągu dnia Pr pochłania czerwone światło słoneczne i szybko przekształca się w biologicznie aktywną formę Pfr. Pfr może aktywować cząsteczki cytoplazmatyczne lub przemieszczać się do jądra i regulować ekspresję genów.

W nocy poziom Pfr w komórkach roślinnych spada z powodu powolnego powrotu Pfr do Pr w ciemności lub niszczenia Pfr przez enzymy.

Podczas długich zimowych nocy poziom Pfr w komórkach roślinnych może całkowicie spaść przed wschodem słońca. Jeśli noce są krótsze, tak jak wiosną, o wschodzie słońca może pozostać znaczna ilość Pfr.

Stosunek Pr do Pfr o świcie pozwala roślinom określić długość cyklu dnia i nocy. Ponieważ poziomy Pfr zmieniają się wraz z porami roku, wyższe poziomy Pfr mogą aktywować rośliny, które kwitną w sezonach z długimi dniami, podczas gdy niższe poziomy Pfr są niezbędne do aktywacji roślin kwitnących w krótkie dni.

Interakcje między systemem fitochromów a zegarem biologicznym umożliwiają roślinom mierzenie względnej długości nocy i dni w ciągu roku oraz synchronizowanie ich aktywności z porami roku.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

Zegary biologiczne reakcje sezonowe kwitnienie rośliny wykrywanie czasu zmiany środowiskowe rytmy okołodobowe system fitochromów receptory światłoczułe fotoperiod forma pr forma pfr ekspresja genów pora nocna zima