Bitki tropizmaları, bitkilerin çevresel değişikliklere uyum sağlama mekanizmalarıdır. Bitki büyümesini etkileyen yaygın uyaranlar arasında ışık, yer çekimi, su ve dokunma bulunur.
Hayvanlar ve diğer organizmalar gibi bitkiler sürekli değişen ortamlarına uyum sağlamalıdır. Hayvanlar, çevre koşulları elverişsiz hale geldiğinde bir yerden başka bir yere taşınırken, bitkiler de aynı şeyi yapamaz. Sessiz (hareket edemeyen) bitkiler, olumsuz çevre koşullarını ele almanın başka yollarını bulmalıdır. Bitki tropizmaları, bitkilerin çevresel değişikliklere uyum sağlama mekanizmalarıdır. Bir tropizm, bir uyarana doğru veya bir uyarandan uzak bir büyümedir. Bitki büyümesini etkileyen yaygın uyaranlar arasında ışık, yer çekimi, su ve dokunma bulunur. Bitki tropizmleri, yanıtın yönünün uyaranın yönüne bağlı olması nedeniyle, nastik hareketler gibi diğer uyaran tarafından üretilen hareketlerden farklıdır. Etçil bitkilerdeki yaprak hareketi gibi nastik hareketler bir uyaran tarafından başlatılır, ancak uyaranın yönü yanıtta bir faktör değildir.
Bitki hormonlarının büyüme hareketlerine etkisi var mı?
Bitki tropizmaları farklı büyümenin sonucudur. Bu tür bir büyüme, bir kök veya kök gibi bir bitki organının bir alanındaki hücreler, karşı bölgedeki hücrelerden daha hızlı büyüdüğünde ortaya çıkar. Hücrelerin diferansiyel büyümesi organın büyümesini (kök, kök vb.) yönlendirir ve tüm bitkinin yönlü büyümesini belirler. Oksinler gibi bitki hormonlarının, bir bitki organının diferansiyel büyümesini düzenlemeye yardımcı olduğu ve bitkinin bir uyarana cevap olarak eğilmesine veya bükülmesine neden olduğu düşünülmektedir. Bir uyaran yönünde büyüme pozitif tropizm, bir uyarandan uzak büyüme ise negatif tropizm olarak bilinir. Bitkilerdeki yaygın tropik tepkiler arasında fototropizm, gravitropizm, tigmotropizm, hidrotropizm, termotropizm ve kemotropizm bulunur.
Fototropizma
Fototropizm, bir organizmanın ışığa tepki olarak yönlü büyümesidir. Işığa doğru büyüme veya pozitif tropizm, anjiyospermler, gymnospermler ve eğrelti otları gibi birçok vasküler bitkide gösterilmiştir. Bu bitkilerdeki saplar pozitif fototropizm gösterir ve bir ışık kaynağı yönünde büyür. Bitki hücrelerindeki fotoreseptörler ışığı tespit eder ve oksinler gibi bitki hormonları sapın ışıktan en uzak olan tarafına yönlendirilir. Sapın gölgeli tarafındaki oksin birikimi, bu alandaki hücrelerin sapın karşı tarafındaki hücrelerden daha büyük bir oranda uzamasına neden olur. Sonuç olarak, bitki gövdesi gölgede biriken oksinlerin daha hızlı uzama sağlamasıyla ışığa doğru yönelmiş olur. Bitki sapları ve yaprakları pozitif fototropizm gösterirken, kökler (çoğunlukla yer çekiminden etkilenir) negatif fototropizm gösterir. Kloroplast olarak bilinen fotosentez ileten organeller en çok yapraklarda yoğunlaştığından, bu yapıların güneş ışığına erişimi önemlidir. Tersine, kökler yer altında elde edilmesi daha muhtemel olan su ve mineral besinleri emer. Bir bitkinin ışığa yanıtı, yaşamı koruyan kaynakların elde edilmesini sağlamaya yardımcı olur.
Heliotropizm
Bazı bitki yapılarının, tipik olarak gövdeleri ve çiçekleri, güneşin gökyüzünde ilerlerken doğudan batıya doğru izlediği bir fototropizm türüdür. Yani, ayçiçeği, soya fasulyesi, pamuk gibi bitkilerin yaprak ve çiçeklerinin güneşin hareketini izleme olarak bilinmektedir. Yapraklar güneşin gün içindeki konumuna göre maksimum ışık alabilmek için yönelim gösterirler.
Bazı helotropik bitkiler, güneş doğduğunda güneşin yönüne baktıklarından emin olmak için gece boyunca çiçeklerini tekrar doğuya döndürebilirler. Güneşin hareketini izleme yeteneği genç ayçiçeği bitkilerinde görülür. Olgunlaştıkça, bu bitkiler heliotropik yeteneklerini kaybeder ve doğuya bakan bir konumda kalırlar. Heliotropizm bitki büyümesini teşvik eder ve doğuya bakan çiçeklerin sıcaklığını arttırır. Bu, heliotropik bitkileri tozlaştırıcılar için daha çekici hale getirir.
Tigmotropizma
Thigmotropism, katı bir nesneye dokunma veya temasa tepki olarak bitki büyümesini tanımlar. Pozitif tigmotropizm, tendril (sülük ya da sarılıcı sürgünler) adı verilen özel yapılara sahip tırmanma bitkileri veya sarmaşıklar ile gösterilmiştir. Tendril, katı yapıların etrafında eşleştirme için kullanılan ipliğe benzer bir uzantıdır. Değiştirilmiş bir bitki yaprağı veya sapı bir tendril olabilir. Bir tendilin büyümesi, bunu döner bir düzende yapar. Tendrilin uç kısmı, spiraller ve düzensiz daireler oluşturan çeşitli yönlerde bükülür. Büyüyen tendril, hareket ederken neredeyse bir şeye temas etmeye çalışıyor gibi görünür. Tendrilin bir nesne ile temas etmesi durumunda, tendrilin yüzeyindeki duyusal epidermal hücreler uyarılır. Bu hücreler, eğilimin nesnenin etrafında dolaşmasına işaret eder.
Tendril sargısı, uyaranla temas etmeyen hücreler uyaranla temas eden hücrelerden daha hızlı uzadığından, diferansiyel büyümenin bir sonucudur. Fototropizmde olduğu gibi, oksinler tendonların diferansiyel büyümesinde rol oynar. Hormonun daha büyük bir konsantrasyonu, nesneyle temas etmeyen tendrilin kenarında birikir. Tendrilin ikizlenmesi, bitkiyi, bitki için destek sağlayan nesneye sabitler. Tırmanma tesislerinin aktivitesi, fotosentez için daha iyi ışık almasını sağlar ve ayrıca çiçeklerinin tozlaştırıcılara görünürlüğünü arttırır.
Tendriller pozitif tigmotropizm gösterirken, kökler zaman zaman negatif tigmotropizm sergileyebilir. Kökler yere yayıldıkça, genellikle bir nesneden uzağa doğru büyürler. Kök büyümesi öncelikle yer çekiminden etkilenir ve kökler yerden ve yüzeyden uzama eğilimindedir. Kökler bir nesneyle temas ettiğinde, temas uyaranına yanıt olarak genellikle aşağı yönlerini değiştirirler. Nesnelerden kaçınmak, köklerin topraktan etkilenmeden büyümesine izin verir ve besin elde etme şanslarını artırır.
Gravitropizma
Gravitropizm veya jeotropizm, yer çekimine tepki olarak büyümedir. Gravitropizm, kök büyümesini yer çekimi (pozitif gravitropizm) ve kök büyümesini ters yönde (negatif gravitropizm) çekmeye yönlendirdiği için bitkilerde çok önemlidir. Bir bitkinin kök ve sürgün sisteminin yer çekimine yönlendirilmesi bir fide çimlenme aşamalarında görülebilir. Embriyonik kök tohumdan çıktıkça, yer çekimi yönünde aşağı doğru büyür. Tohum kökcüğü topraktan yukarıya doğru bakacak şekilde döndürülürse, kök eğri olacak ve yerçekimi çekme yönüne doğru yeniden yönlendirilecektir. Tersine, gelişen sürgün, yukarı doğru büyüme için kendisini yer çekimine karşı yönlendirir.
Kök şapkasındaki özelleşmiş hücreler nişasta içeren amiloplastlara sahiptirler. 1970’li yıllarda Statolit olarak isimlendirilen amiloplastların birçok dokuda bulunduğu rapor edilmiştir. Statolit içeren hücrelere de Statosit adı verilmiştir. Amiloplastlar yer çekimine yanıt olarak hücrenin tabanında toplanmaktadırlar. Uzun yıllar gravitropistik davranışı amiloplastların oluşturduğu düşünülmüştür.
Durum sanıldığı gibi mi?
Alttaki videoda görüldüğü gibi bitki yatay konumda tutulacak olursa amiloplastlar yer çekimi yönünde toplanmakta ve kısa bir süre sonra gravitropik yanıt oluşmaktadır.
Saksı yatay eksende dönen hareketli bir tablaya yerleştirilirse yer çekimi bitkiyi her yönde eşit olarak etkilediği için gövdede ve kökte geotropik yanıt oluşmamaktadır.
Arabidopsis sp. mutantları ile çalışan bir grup araştırıcı, bu bitkide nişastanın sentezlenmemesine karşın gravitropizmanın görülmesi nedeni ile yerçekiminin algılanmasında statolitlerin gerekli olmadığı sonucuna varmışlardır. Acaba gravitropizma hareketine diğer hücre organelleri mi neden olmaktadır? Tartışmalı olmasına karşın statolitlerin rolünün olduğu düşünülmektedir. Gövdede ve meristem hücrelerinde bulunan amiloplastlar Ca+2 iyonlarını serbest bırakarak kök şapkasının tabanında birikmektedirler. Kalsiyumun kökte büyüme bölgesindeki hücrelerin alt ve üst zarları arasında farklı miktarda hormon dağılımına böylece farklı büyümeye neden olduğu varsayılmaktadır. Oksin konsantrasyonu artışının gövdede büyümeye neden olmasına karşın kökte büyümeyi engellediği bilinmektedir.
Oksinler ayrıca yerçekimine tepki olarak bitki yönlü büyümesinde rol oynar. Köklerde oksin birikmesi büyümeyi yavaşlatır. Bir bitki, ışığa maruz kalmadan yatay olarak yerleştirilirse, köklerin alt tarafında oksinler birikir ve bu da o tarafta daha yavaş büyümeye ve kökün aşağı doğru eğriliğine neden olur. Aynı koşullar altında, bitki sapı negatif gravitropizm sergileyecektir. Yer çekimi, sapların alt tarafında oksinlerin birikmesine neden olur, bu da bu taraftaki hücrelerin karşı taraftaki hücrelerden daha hızlı bir oranda uzamasına neden olur. Sonuç olarak, sürgün yukarı doğru bükülecektir.
Hidrotropizma
Bitki Tropizmaları altında bir diğeri olan Hidrotropizm, su konsantrasyonlarına yanıt olarak yönlü büyümedir. Bu tropizm, bitkilerde pozitif hidrotropizm yoluyla kuraklık koşullarına ve negatif hidrotropizm yoluyla aşırı su doygunluğuna karşı koruma açısından önemlidir. Kurak biyomlardaki bitkilerin su konsantrasyonlarına cevap verebilmeleri özellikle önemlidir. Nem gradyanları bitki köklerinde algılanır. Kökün su kaynağına en yakın tarafındaki hücreler, karşı taraftakilere göre daha yavaş büyür. Bitki hormonu absisik asit (ABA), kök uzama bölgesinde diferansiyel büyümenin uyarılmasında önemli bir rol oynar. Bu diferansiyel büyüme köklerin suyun yönüne doğru büyümesine neden olur.
Bitki kökleri hidrotropizm göstermeden önce gravitrofik eğilimlerinin üstesinden gelmelidirler. Bu, köklerin yer çekimine karşı daha az duyarlı olması gerektiği anlamına gelir. Bitkilerde gravitropizm ve hidrotropizm arasındaki etkileşim üzerine yapılan çalışmalar, bir su gradyanına veya su eksikliğine maruz kalmanın, gravitropizm üzerinde hidrotropizm sergilemek için kökleri indükleyebileceğini göstermektedir. Bu koşullar altında, kök statositlerindeki amiloplastların sayısı azalır. Daha az amiloplast, köklerin amiloplast sedimantasyonundan etkilenmediği anlamına gelir. Kök şapkalarındaki amiloplast azalması, köklerin yer çekiminin çekilmesine ve neme tepki olarak hareket etmesine yardımcı olur. İyi hidratlanmış topraktaki köklerin kök şapkalarında daha fazla amiloplast bulunur ve yer çekimine, suya göre çok daha fazla tepki verir.
Diğer Bitki Tropizmaları
Diğer bitki tropizmaları türü termotropizm ve kemotropizmdir. Termotropizm, ısı veya sıcaklık değişikliklerine tepki olarak büyüme veya hareketken, kemotropizm kimyasallara tepki olarak büyümedir. Bitki kökleri bir sıcaklık aralığında pozitif termotropizm ve başka bir sıcaklık aralığında negatif termotropizm sergileyebilir.
Bitki kökleri ayrıca topraktaki bazı kimyasalların varlığına olumlu veya olumsuz yanıt verebildikleri için oldukça kemotropik organlardır. Kök kemotropizmi, bir bitkinin büyüme ve gelişmeyi artırmak için besin açısından zengin toprağa erişmesine yardımcı olur. Çiçekli bitkilerde tozlaşma, pozitif kemotropizmin bir başka örneğidir. Polen tanesi stigma adı verilen dişi üreme yapısına indiğinde, polen tanesi çimlenerek polen tüpü oluşturur. Polen tüpünün büyümesi, yumurtalıktan gelen kimyasal sinyallerin salınmasıyla yumurtalığa doğru yönlendirilir.
Kaynaklar
- Atamian, Hagop S., et al. “Circadian regulation of sunflower heliotropism, floral orientation, and pollinator visits.” Science, American Association for the Advancement of Science, 5 Aug. 2016, science.sciencemag.org/content/353/6299/587.full.
- Chen, Rujin, et al. “Gravitropism in Higher Plants.” Plant Physiology, vol. 120 (2), 1999, pp. 343-350., doi:10.1104/pp.120.2.343.
- Dietrich, Daniela, et al. “Root hydrotropism is controlled via a cortex-specific growth mechanism.” Nature Plants, vol. 3 (2017): 17057. Nature.com. Web. 27 Feb. 2018.
- Esmon, C. Alex, et al. “Plant tropisms: providing the power of movement to a sessile organism.” International Journal of Developmental Biology, vol. 49, 2005, pp. 665–674., doi:10.1387/ijdb.052028ce.
- Stowe-Evans, Emily L., et al. “NPH4, a Conditional Modulator of Auxin-Dependent Differential Growth Responses in Arabidopsis.” Plant Physiology, vol. 118 (4), 1998, pp. 1265-1275., doi:10.1104/pp.118.4.1265.
- Takahashi, Nobuyuki, et al. “Hydrotropism Interacts with Gravitropism by Degrading Amyloplasts in Seedling Roots of Arabidopsis and Radish.” Plant Physiology, vol. 132 (2), 2003, pp. 805-810., doi:10.1104/pp.018853.