Фотопериодизм у растений
Существует ли влияние темноты на растения? Для растений свет или темнота? Растения короткого и длинного дня.
Фотопериодизм у растений — это реакция на суточный ритм освещённости, продолжительность светового дня и соотношение между тёмным и светлым временем суток (фотопериодами).
Термин «фотопериодизм» предложили в 1920 году американские учёные селекционеры У. Гарнер и Г. Аллард, которые открыли данную реакцию у растений. Оказалось, что многие растения очень чувствительны к изменению длины дня.
Фотопериод - это изменение продолжительности дня в зависимости от времени года. Он меняется в зависимости от времени года. От действия фотопериодизма растения переходят от вегетативного роста к зацветанию и плодоношению, включается рост стеблей или корней и листопад в определенные сезоны. Фотопериодизм влияет на цветение, заставляя побег образовывать цветочные почки вместо листьев и боковых бутонов.
Многие цветущие растения используют циркадный ритм, чтобы ощущать сезонные изменения для перехода к цветению. Циркадный ритм — это Земные сутки, 24 часа. Благодаря циркадным часам (день/ночь) растения могут предвидеть ежедневные изменения окружающей среды и выстраивать свои биоритмы (рост, цветение, плодоношение). Часы сбрасываются, когда организм воспринимает сигналы стабильное изменение светового режима. Циркадные часы изменяются параллельно со старением организма. Гены растений, которые участвуют в процессах, связанных с циркадными часами, активизируются в определенное время суток. Пик экспрессии одних генов приходится на рассвет, а других на — на сумерки. В подавлении тех или иных генов участвуют различные белки, когда их уровень увеличивается или снижается попеременно.
В 1751 году шведский ботаник и натуралист Карл Линней сконструировал цветочные часы с использованием определенных видов цветковых растений. О них я рассказывала в этой статье.
Цветочный календарь Линнея
Инфрадианные ритмы — это циклы продолжительностью более суток. Например, круглогодичные или ежегодные циклы, регулирующие репродуктивные циклы у многих растений.
Инфрадианные ритмы
Лунные ритмы — зависят от лунного месяца (29,5 дней) и влияют только на морские растения, как и на уровень приливов.
Поэтому Лунные календари никак не влияют на развитие наземных растений.
Фоторецепторы
Фоторецепторы на листьях растений улавливают изменения в освещении и стимулируют различные процессы:
Фитохром бывает двух форм
Активная форма — стимулирует прорастание, цветение и ветвление. Эта форма образуется в течение светового дня, в присутствии Красного света.
Неактивная форма — подавляет прорастание. Эта форма образуется в сумерки или тени, когда преобладает ярко-Красный цвет.
Красный спектр способен проходить сквозь листву, в то время, когда остальные спектры задерживаются на листьях, расположенных ближе к свету. (Читать статью о фитолампах здесь). Таким образом, днем образуется активная форма Фитохрома, но с наступлением темноты, она угнетается образованием неактивной формы постепенно. И, наоборот, с рассветом неактивная форма подавляется постепенным нарастанием образования активной формы Фитохрома. Эта система преобразования одной формы Фитохрома в другую позволяет растению определять время дня и ночи. В отношении растений короткого светового дня зацветают позже, а растение длинного дня зацветет быстрее, если в «темный период» включить на несколько минут освещение (Лунный свет и вспышки молнии не влияют на фоторецепторы растений). Обилие Фитохромов зависит от освещенности.
Криптохром поглощает синий свет и ультрафиолет.
Обилие Криптохромов зависит от освещенности и меняется в зависимости от продолжительности дня.
Длиннодневные растения — зацветают при непрерывной освещенности в течение 12 часов и более, когда продолжительность ночи опускается ниже их критического фотопериода.
Цветут летом.
Растения длинного дня: гардения, пеларгония, стефанотис.
Короткодневные растения — зацветают при непрерывной освещенности в течение менее 12 часов в сутки, когда продолжительность ночи превышает их критический фотопериод.
Цветут весной и осенью.
Растения короткого дня: традесканция, каланхоэ, молочай, шлюмбергера, пуансеттия.
Нейтральные растения — зацветают вне зависимости от периода освещенности, не инициируют цветение из-за фотопериодизма.
Начинают цвести после достижения определенной общей стадии развития или возраста.
Растения нейтрального дня: абутилон, фиалка.
Продолжительность темного периода, необходимая для вызывания цветения, различается у разных видов и разновидностей вида.В северном полушарии самый длинный день в году (летнее солнцестояние) приходится примерно на 21 июня. После этой даты дни становятся короче (т.е. ночи становятся длиннее) до 21 декабря (день зимнего солнцестояния). В южном полушарии ситуация обратная (т. е. самый длинный день - 21 декабря, а самый короткий - 21 июня). Для увеличения продолжительности дня можно использовать искусственное освещение.
Исследования
На данный момент (2024 год) фотопериодизм, как регулятор роста не доказан, но во многих странах проводятся активные исследования.
Университет Тохоку (национальный университет в Сэндай, Япония) под управлением Минору Уеда изучает фотопериодизм и влияение света на развитие растений. Их исследования показали, что циркадные ритмы имеют большое влияние на здоровье растений. Растениям длинного дня и растениям короткого дня в особенности необходим период темноты, когда они могут «погружаться в сон». Растение приспосабливается на протяжении всей жизни, но. Если оставить растение в бесконечной темноте или, наоборот, в бесконечной освещенности, оно со временем пожелтеет и погибнет.
Лист Мимозы днем раскрыт, а ночью - сложен
Сотрудники биологической лаборатории помещают растения специальные камеры. Которые поддерживают длительный период освещенности или полной темноты. После длительного нахождения в такой камере части растений берутся на анализы, где выявляется химическая реакция организма на такие условия, а именно какие гены влияют на этот процесс. Таким образом они обнаружили ген, влияющий на рост растения в темноте и ген, влияющий на рост растения при освещении.
Почему данная теория еще не доказана?
Как в любом научном подходе, для доказательства данной теории нужна определенная статистика. На данный момент Университет проводит опыты над растениями семейства бобовых, так как эти растения имеют наиболее короткие периоды взросления. Также особенность бобовых — это складывание листьев в период сна.
Дитер Фольгман биолог и биохимик из Боннского государственного исследовательского университета (Бонн, Германия) также изучает фотопериодизм, но его больше интересует не изменения химического (генного) состава клетки, а движение самого растения. Как клетки различных органов растения изменяют свой состав в зависимости от различных условий (в нашем случае — это фотопериодизм). В своих экспериментах он располагал черенки бобовых горизонтально, поэтому черенок за счет гравитропизма рос вверх. После данного способа проращивания Дитер Фольгман помещал «кривые» растения в обычные условия и некоторые из них продолжали расти не вверх, а под тем углом, как при прорастании из боба, то есть в сторону. Он установил. Что у растений есть память (это тема для отдельной статьи), которая влияет на рост растения относительно положения источника света.
Гравитропизм и геотропизм растения
Исследования миграции растений в связи с изменением климата проводят уже несколько лет ученые разных стран. Примером может послужить тропическая лиана — хедера, которая теперь прекрасно существует в Ленинградской области в качестве уличного растения. Конечно, для выживания ей необходимы определенные условия, но теперь она может выдерживать температуры до -300С.
Погрузившись в изучение научных работ (оказалось, что последние исследования датированы 2023 годом) можно прийти к выводу, что:
Более ранние исследования показали, что фотопериодизм влияет на эндогенный ритм светочувствительности растений. Совпадение ритма (свет и темнота) и освещенности в природе способствует цветению (читаем — размножению) растения.
Молекулярно-генетические исследования показали, что существует КОНСТАНТА, которая обеспечивает фотопериодический контроль времени цветения путем активации флоригена T (гена цветения). А КОНСТАНТА обеспечивает совпадение фотопериода и хронометрии фотопериодизма у растения.
Фотопериодические реакции в естественных условиях с множеством факторов окружающей среды, которые меняются в зависимости от сезона, отличаются от фотопериодических реакций, наблюдаемых в камерах выращивания с регулируемыми условиями. В частности, колебания температуры, по-видимому, оказывают решающее влияние.
Исследования фотопериодизма показывают, что не только гены, но и другие физиологические и клеточные процессы регулируют фотопериод растения.
Одомашнивание растений может помочь нам смягчить последствия изменения климата в будущем.
*КОНСТАНТА - СО/ FT-регулон
Изучение фотопериодизма растений идет медленными шагами, особенно у декоративных видов. Но уже те знания, которыми обладает человек в этой области, даёт возможность регулировать рост растений, их цветение и плодоношение. Что откроется ученым в ближайшем будущем — это очень интересный вопрос. Самое захватывающее, что фотопериодизм нельзя изучать отдельно от других факторов. Возможно, мы обнаружим и определенное сознание у растений. Но это мы оставим на будущее, а пока — восхищаемся способностям молчаливых красавчиков.
Если эта статья была для Вас интересной, оцените ее и оставьте комментарий ниже.
