Back to chapter

36.3:

БиологичСскиС часы ΠΈ рСакция Π½Π° смСну сСзонов

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

Languages

Share

Π¦Π²Π΅Ρ‚Π΅Π½ΠΈΠ΅ Π±ΠΎΠ»ΡŒΡˆΠΈΠ½ΡΡ‚Π²Π° растСний синхронизировано с сСзонными измСнСниями, позволяя растСниям ΠΏΡ€ΠΎΡ€Π°ΡΡ‚Π°Ρ‚ΡŒ Π² ΠΎΠΏΡ‚ΠΈΠΌΠ°Π»ΡŒΠ½Ρ‹Ρ… условиях. Как растСния ΠΎΠΏΡ€Π΅Π΄Π΅Π»ΡΡŽΡ‚ врСмя ΠΈ сСзонныС измСнСния? Π’Π½ΡƒΡ‚Ρ€Π΅Π½Π½ΠΈΠ΅ ΠΏΠΎΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‚Π΅Π»ΠΈ Π²Ρ€Π΅ΠΌΠ΅Π½ΠΈ, Π½Π°Π·Π²Π°Π½Π½Ρ‹Π΅ биологичСскими часами, ΠΎΠΏΡ€Π΅Π΄Π΅Π»ΡΡŽΡ‚ измСнСния Π² ΠΎΠΊΡ€ΡƒΠΆΠ°ΡŽΡ‰Π΅ΠΉ срСдС, Ρ‚Π°ΠΊΠΈΠ΅ ΠΊΠ°ΠΊ ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ уровня освСщСния.БиологичСскиС часы ΠΏΠΎΠ·Π²ΠΎΠ»ΡΡŽΡ‚ растСниям рСгулярно ΡΠ»Π΅Π΄ΠΈΡ‚ΡŒ Π·Π° Ρ†ΠΈΡ€ΠΊΠ°Π΄Π½Ρ‹ΠΌΠΈ Ρ€ΠΈΡ‚ΠΌΠ°ΠΌΠΈ, Π΅ΠΆΠ΅Π΄Π½Π΅Π²Π½Ρ‹ΠΌΠΈ, 24-часовыми повСдСнчСскими Ρ†ΠΈΠΊΠ»Π°ΠΌΠΈ. Π’Π°ΠΊΠΆΠ΅ биологичСскиС часы растСний Ρ€Π΅Π°Π³ΠΈΡ€ΡƒΡŽΡ‚ Π½Π° сСзонныС измСнСния. Один ΠΈΠ· ΠΌΠ΅Ρ…Π°Π½ΠΈΠ·ΠΌΠΎΠ², Ρ‡Π΅Ρ€Π΅Π· ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Π΅ растСния ΠΎΡ‚Π²Π΅Ρ‡Π°ΡŽΡ‚ Π½Π° ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½ΡΡŽΡ‰ΠΈΠ΅ΡΡ сСзоны это систСма Ρ„ΠΈΡ‚ΠΎΡ…Ρ€ΠΎΠΌΠ°.Π€ΠΈΡ‚ΠΎΡ…Ρ€ΠΎΠΌΡ‹ ΡΠ²Π΅Ρ‚ΠΎΡ‡ΡƒΠ²ΡΡ‚Π²ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹Π΅ Ρ€Π΅Ρ†Π΅ΠΏΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹. Одна ΠΈΠ· ΠΈΡ… ΠΌΠ½ΠΎΠ³ΠΈΡ… Ρ„ΡƒΠ½ΠΊΡ†ΠΈΠΉ Π² растСниях ΠΎΠΏΡ€Π΅Π΄Π΅Π»Π΅Π½ΠΈΠ΅ смСны сСзонов. Π€ΠΈΡ‚ΠΎΡ…Ρ€ΠΎΠΌΡ‹ Π΄Π΅Π»Π°ΡŽΡ‚ это, измСряя Π΄Π»ΠΈΠ½Ρƒ дня ΠΈΠ»ΠΈ Ρ„ΠΎΡ‚ΠΎΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄.Π‘ΠΏΠΎΡΠΎΠ±Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒ Ρ„ΠΈΡ‚ΠΎΡ…Ρ€ΠΎΠΌΠΎΠ² Ρ€Π΅Π³ΡƒΠ»ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Ρ„ΠΎΡ‚ΠΎΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄ΠΈΡ‡Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒ, биологичСскиС Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ Π½Π° Ρ„ΠΎΡ‚ΠΎΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄, зависит ΠΎΡ‚ ΠΈΡ… свСто-стимулированного ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Ρ…ΠΎΠ΄Π° ΠΌΠ΅ΠΆΠ΄Ρƒ двумя взаимозамСняСмыми формами⁠нСактивным PrR ΠΈ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½Ρ‹ΠΌ Pfr. Π€ΠΈΡ‚ΠΎΡ…Ρ€ΠΎΠΌΡ‹ синтСзируСтся Π² Ρ‚Π΅ΠΌΠ½ΠΎΡ‚Π΅, Π² ΠΈΡ… Π½Π΅Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΠΎΠΉ Ρ„ΠΎΡ€ΠΌΠ΅ PrR, Π²Π½ΡƒΡ‚Ρ€ΠΈ Ρ€Π°ΡΡ‚ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ Ρ†ΠΈΡ‚ΠΎΠΏΠ»Π°Π·ΠΌΡ‹. Π’ Ρ‚Π΅Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ дня Pr ΠΏΠΎΠ³Π»ΠΎΡ‰Π°Π΅Ρ‚ красный свСт ΠΈΠ· солнСчного свСта ΠΈ быстро прСвращаСтся Π² Π΅Π³ΠΎ биологичСски Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΡƒΡŽ Ρ„ΠΎΡ€ΠΌΡƒ Pfr.PFR ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΌΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ»Ρ‹ Ρ†ΠΈΡ‚ΠΎΠΏΠ»Π°Π·ΠΌΡ‹, ΠΈΠ»ΠΈ Ρ‚Ρ€Π°Π½ΡΠ»ΠΎΡ†ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Π² ядро ΠΈ Ρ€Π΅Π³ΡƒΠ»ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΡΠΊΡΠΏΡ€Π΅ΡΡΠΈΡŽ Π³Π΅Π½ΠΎΠ². ΠΠΎΡ‡ΡŒΡŽ, ΡƒΡ€ΠΎΠ²Π½ΠΈ Pfr Π² Ρ€Π°ΡΡ‚ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹Ρ… ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΊΠ°Ρ… ΡƒΠΌΠ΅Π½ΡŒΡˆΠ°ΡŽΡ‚ΡΡ ΠΈΠ·-Π·Π° ΠΌΠ΅Π΄Π»Π΅Π½Π½Ρ‹Ρ… Ρ‚Π΅ΠΌΠΏΠΎΠ² ИзмСнСниС Ρ‚Π΅ΠΌΠ½ΠΎΡ‚Ρ‹ PFR Π½Π° PR ΠΈΠ»ΠΈ уничтоТСния Pfr Ρ„Π΅Ρ€ΠΌΠ΅Π½Ρ‚Π°ΠΌΠΈ. Π’ Ρ‚Π΅Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ Π΄ΠΎΠ»Π³ΠΈΡ… Π·ΠΈΠΌΠ½ΠΈΡ… Π½ΠΎΡ‡Π΅ΠΉ, Π£Ρ€ΠΎΠ²Π½ΠΈ Π fr Π² Ρ€Π°ΡΡ‚ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΊΠ΅ ΠΌΠΎΠ³ΡƒΡ‚ ΠΏΠΎΠ»Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒΡŽ ΡƒΠΏΠ°ΡΡ‚ΡŒ ΠΏΡ€ΠΈ восходС солнца.Если Π½ΠΎΡ‡ΠΈ ΠΊΠΎΡ€ΠΎΡ‡Π΅, ΠΊΠ°ΠΊ Π² вСсСннСС врСмя, Π·Π½Π°Ρ‡ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΠ΅ количСство Pfr ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ ΡΠΎΡ…Ρ€Π°Π½ΠΈΡ‚ΡŒΡΡ ΠΊ восходу. ΠžΡ‚Π½ΠΎΡˆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ PR ΠΊ Pfr Π½Π° рассвСтС позволяСт растСниям ΠΎΠΏΡ€Π΅Π΄Π΅Π»ΠΈΡ‚ΡŒ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΠΎΠ»ΠΆΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΡΡ‚ΡŒ Π΄Π½Π΅Π²Π½ΠΎΠ³ΠΎ ΠΈ Π½ΠΎΡ‡Π½ΠΎΠ³ΠΎ Ρ†ΠΈΠΊΠ»Π°. ΠŸΠΎΡΠΊΠΎΠ»ΡŒΠΊΡƒ ΡƒΡ€ΠΎΠ²Π½ΠΈ PFR ΠΊΠΎΠ»Π΅Π±Π»ΡŽΡ‚ΡΡ Π² зависимости ΠΎΡ‚ сСзона, Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ высокиС ΡƒΡ€ΠΎΠ²Π½ΠΈ PFR ΠΌΠΎΠ³ΡƒΡ‚ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ растСния, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Π΅ Ρ†Π²Π΅Ρ‚ΡƒΡ‚ Π²ΠΎ врСмя сСзонов с Π΄Π»ΠΈΠ½Π½Ρ‹ΠΌΠΈ днями, Π² Ρ‚ΠΎ врСмя ΠΊΠ°ΠΊ Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ Π½ΠΈΠ·ΠΊΠΈΠ΅ уровнях Pfr Π½Π΅ΠΎΠ±Ρ…ΠΎΠ΄ΠΈΠΌΡ‹ для Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π°Ρ†ΠΈΠΈ растСния, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€ΠΎΠ΅ Ρ†Π²Π΅Ρ‚Ρ‘Ρ‚ Π² Ρ‚Π΅Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ ΠΊΠΎΡ€ΠΎΡ‚ΠΊΠΈΡ… Π΄Π½Π΅ΠΉ.ВзаимодСйствия ΠΌΠ΅ΠΆΠ΄Ρƒ систСмой Ρ„ΠΈΡ‚ΠΎΡ…Ρ€ΠΎΠΌΠ° ΠΈ биологичСскими часами позволяСт растСниям ΠΎΡΡƒΡ‰Π΅ΡΡ‚Π²Π»ΡΡ‚ΡŒ измСрСния ΠΎΡ‚Π½ΠΎΡΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΠΎΠ»ΠΆΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΡΡ‚ΠΈ Π½ΠΎΡ‡Π΅ΠΉ ΠΈ Π΄Π½Π΅ΠΉ Π² Ρ‚Π΅Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ Π³ΠΎΠ΄Π° ΠΈ ΡΠΈΠ½Ρ…Ρ€ΠΎΠ½ΠΈΠ·ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ свою Π΄Π΅ΡΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΡΡ‚ΡŒ с сСзонами.

36.3:

БиологичСскиС часы ΠΈ рСакция Π½Π° смСну сСзонов

Π¦ΠΈΡ€ΠΊΠ°Π΄Π½Ρ‹Π΅ & mdash; ΠΈΠ»ΠΈ биологичСскиС & mdash; часы – это Π²Π½ΡƒΡ‚Ρ€Π΅Π½Π½ΠΈΠΉ, хрономСтричСский, молСкулярный ΠΌΠ΅Ρ…Π°Π½ΠΈΠ·ΠΌ, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹ΠΉ позволяСт растСниям ΠΊΠΎΠΎΡ€Π΄ΠΈΠ½ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Ρ„ΠΈΠ·ΠΈΠΎΠ»ΠΎΠ³ΠΈΡ‡Π΅ΡΠΊΡƒΡŽ Π΄Π΅ΡΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΡΡ‚ΡŒ Π² Ρ‚Π΅Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ 24-часовых Ρ†ΠΈΠΊΠ»ΠΎΠ², Π½Π°Π·Ρ‹Π²Π°Π΅ΠΌΡ‹Ρ… Ρ†ΠΈΡ€ΠΊΠ°Π΄Π½Ρ‹ΠΌΠΈ Ρ€ΠΈΡ‚ΠΌΠ°ΠΌΠΈ. Π€ΠΎΡ‚ΠΎΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄ΠΈΠ·ΠΌ – это ΡΠΎΠ±ΠΈΡ€Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹ΠΉ Ρ‚Π΅Ρ€ΠΌΠΈΠ½ для обозначСния биологичСской Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ растСний Π½Π° измСнСния ΠΎΡ‚Π½ΠΎΡΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΠΎΠ»ΠΆΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΡΡ‚ΠΈ Ρ‚Π΅ΠΌΠ½ΠΎΠ³ΠΎ ΠΈ свСтлого ΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄ΠΎΠ². ΠŸΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄ воздСйствия свСта называСтся Ρ„ΠΎΡ‚ΠΎΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄ΠΎΠΌ.

Одним ΠΈΠ· ΠΏΡ€ΠΈΠΌΠ΅Ρ€ΠΎΠ² Ρ„ΠΎΡ‚ΠΎΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄ΠΈΠ·ΠΌΠ° растСний являСтся сСзонноС Ρ†Π²Π΅Ρ‚Π΅Π½ΠΈΠ΅. Π£Ρ‡Π΅Π½Ρ‹Π΅ ΠΏΠΎΠ»Π°Π³Π°ΡŽΡ‚, Ρ‡Ρ‚ΠΎ растСния Π½Π°Ρ‡ΠΈΠ½Π°ΡŽΡ‚ цвСсти благодаря ΡΠΎΠΎΡ‚Π²Π΅Ρ‚ΡΡ‚Π²ΠΈΡŽ ΠΈΡ… Ρ†ΠΈΡ€ΠΊΠ°Π΄Π½Ρ‹Ρ… часов измСнСниям Π² Ρ„ΠΎΡ‚ΠΎΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄Π΅. Они ΠΎΠ±Π½Π°Ρ€ΡƒΠΆΠΈΠ²Π°ΡŽΡ‚ эти измСнСния с ΠΏΠΎΠΌΠΎΡ‰ΡŒΡŽ ΡΠ²Π΅Ρ‚ΠΎΡ‡ΡƒΠ²ΡΡ‚Π²ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹Ρ… Ρ„ΠΎΡ‚ΠΎΡ€Π΅Ρ†Π΅ΠΏΡ‚ΠΎΡ€Π½Ρ‹Ρ… систСм.

Π€ΠΈΡ‚ΠΎΡ…Ρ€ΠΎΠΌΡ‹ – это Π³Ρ€ΡƒΠΏΠΏΠ° Ρ„ΠΎΡ‚ΠΎΡ€Π΅Ρ†Π΅ΠΏΡ‚ΠΎΡ€ΠΎΠ², ΡƒΡ‡Π°ΡΡ‚Π²ΡƒΡŽΡ‰ΠΈΡ… Π² Ρ†Π²Π΅Ρ‚Π΅Π½ΠΈΠΈ ΠΈ Π΄Ρ€ΡƒΠ³ΠΈΡ… свСтовых процСссах. БистСма Ρ„ΠΈΡ‚ΠΎΡ…Ρ€ΠΎΠΌΠΎΠ² позволяСт растСниям ΡΡ€Π°Π²Π½ΠΈΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΠΎΠ»ΠΆΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΡΡ‚ΡŒ Ρ‚Π΅ΠΌΠ½Ρ‹Ρ… ΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΎΠ΄ΠΎΠ² Π² Ρ‚Π΅Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ Π½Π΅ΡΠΊΠΎΠ»ΡŒΠΊΠΈΡ… Π΄Π½Π΅ΠΉ.

ΠšΠΎΡ€ΠΎΡ‚ΠΊΠΎΠ΄Π½Π΅Π²Π½Ρ‹Π΅ (Ρ‚Π΅, для ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Ρ… благоприятны Π΄Π»ΠΈΠ½Π½Ρ‹Π΅ Π½ΠΎΡ‡ΠΈ) растСния Π·Π°Ρ†Π²Π΅Ρ‚Π°ΡŽΡ‚ послС минимального количСства Π΄Π»ΠΈΠ½Π½Ρ‹Ρ… Π½ΠΎΡ‡Π΅ΠΉ подряд. РастСния, ΠΏΡ€Π΅Π΄ΠΏΠΎΡ‡ΠΈΡ‚Π°ΡŽΡ‰ΠΈΠ΅ Π΄Π»ΠΈΠ½Π½Ρ‹ΠΉ дСнь ​​(ΠΊΠΎΡ€ΠΎΡ‚ΠΊΡƒΡŽ Π½ΠΎΡ‡ΡŒ), Π½Π°ΠΏΡ€ΠΎΡ‚ΠΈΠ², Π½Π°Ρ‡ΠΈΠ½Π°ΡŽΡ‚ Ρ†Π²Π΅Ρ‚Π΅Π½ΠΈΠ΅ послС минимального количСства ΠΊΠΎΡ€ΠΎΡ‚ΠΊΠΈΡ… Π½ΠΎΡ‡Π΅ΠΉ подряд.

Π€ΠΈΡ‚ΠΎΡ…Ρ€ΠΎΠΌΡ‹ ΡΡƒΡ‰Π΅ΡΡ‚Π²ΡƒΡŽΡ‚ Π² Π΄Π²ΡƒΡ… Π²Π·Π°ΠΈΠΌΠΎΠΏΡ€Π΅Π²Ρ€Π°Ρ‰Π°Π΅ΠΌΡ‹Ρ… Ρ„ΠΎΡ€ΠΌΠ°Ρ…: Pr ΠΈ Pfr. Pr прСвращаСтся Π² Pfr Π² Ρ‚Π΅Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ дня, поэтому Pfr большС Π² Π΄Π½Π΅Π²Π½ΠΎΠ΅ врСмя. ΠΠΎΡ‡ΡŒΡŽ Pfr прСобразуСтся Π² Pr, поэтому Π½ΠΎΡ‡ΡŒΡŽ Pr большС. Π‘Π»Π΅Π΄ΠΎΠ²Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎ, растСния ΠΌΠΎΠ³ΡƒΡ‚ ΠΎΠΏΡ€Π΅Π΄Π΅Π»ΡΡ‚ΡŒ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΠΎΠ»ΠΆΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΡΡ‚ΡŒ Ρ†ΠΈΠΊΠ»Π° дСнь-Π½ΠΎΡ‡ΡŒ, измСряя ΠΎΡ‚Π½ΠΎΡˆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ Pr / Pfr Π½Π° рассвСтС. Π”Π»ΠΈΠ½Π½Ρ‹Π΅ Π·ΠΈΠΌΠ½ΠΈΠ΅ Π½ΠΎΡ‡ΠΈ ΡΠ½ΠΈΠΆΠ°ΡŽΡ‚ ΡƒΡ€ΠΎΠ²Π½ΠΈ Pfr Π½Π° рассвСтС, Π° Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ ΠΊΠΎΡ€ΠΎΡ‚ΠΊΠΈΠ΅ вСсСнниС Π½ΠΎΡ‡ΠΈ приводят ΠΊ Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ высоким уровням Pfr Π½Π° восходС солнца.

Suggested Reading

Tóth, Réka, Éva Kevei, Anthony Hall, Andrew J. Millar, Ferenc Nagy, and László Kozma-Bognár. "Circadian Clock-Regulated Expression of Phytochrome and Cryptochrome Genes in Arabidopsis." Plant Physiology 127, no. 4 (January 2001): 1607–16. [Source]

Yeom, Miji, Hyunmin Kim, Junhyun Lim, Ah-Young Shin, Sunghyun Hong, Jeong-Il Kim, and Hong Gil Nam. "How Do Phytochromes Transmit the Light Quality Information to the Circadian Clock in Arabidopsis?" Molecular Plant 7, no. 11 (2014): 1701–4. [Source]