Ақпарат

Өсімдіктердің жапырақтарын жоғалтуының механизмі қандай?


Жапырақтарын жоғалтатын өсімдіктерді (яғни, жапырақты өсімдіктер) сыртқы жағдайларға (мысалы, құрғақшылық, суық) немесе ішкі процеске байланысты ма?

Қараудың тағы бір тәсілі: егер сіз суық қыста ұзақ түндермен (мысалы, Канада) жапырақтарын жоғалтатын жапырақты өсімдікті алып, оны әрқашан жылы және күн ашық болатын ортаға (яғни, экваторға) отырғызсаңыз, бұл өсімдік Канададағы жыл мезгілдеріне қарай жапырақтарын төгіп, қайта өсіре бере ме, әлде оның орнына мәңгі жасыл өсімдік ретінде әрекет ете ме?


Жапырақты өсімдіктердің маусымдық жапырақтарын жоғалту процесі абсцизия деп аталады. Бұл абсцизия аймағы деп аталатын жасушалардың қабаты ұзарып, әлсіреген кезде пайда болады, бұл жапырақтың түсуіне әкеледі. Ол негізінен ауксин және этилен гормондары арқылы жүзеге асады.

Абсцизияның функционалды мақсаты - олар биомассаның таза пайдасын бермеген кезде жапырақтарды алып тастау. Жапырақтары құрғақшылық кезінде, күн ұзақтығы қысқарған кезде және шөпқоректілердің әсерінен өнімділік төмендейді.

Кейбір түрлерде (тәулік ұзақтығының көзіне сәйкес), «Тәулік ұзақтығы белгілі бір «сыни» ұзақтықтан асқанда, қолайлы температура жағдайында өсуді кем дегенде 18 ай бойы үздіксіз ұстап тұруға болады, мысалы: Liriodendron tulipifera, Robinia pseudacacia". Сонымен, сіздің соңғы сұрағыңызға жауап беру үшін, кейбір жапырақты түрлер (бірақ барлығы емес) егер олар қолайлы жағдайда өссе, шынымен де өз жапырақтарын сақтай алады. Барлық жапырақты ағаштар қолайлы жағдайларда да жапырақтарын сақтай алмайтынының бір себебі - ішкі қартаю. сондай-ақ абсцизияны тудырады: «Мұндай түрлерде өсу ең алдымен эндогендік қартаю процесімен анықталады және тек қоршаған орта факторларымен, соның ішінде күн ұзақтығымен өзгертіледі».


Жапырақтардың түсуі жапырақтың күйіне көбірек байланысты. Жапырақтар тиімсіз болып, тамақ пен өсу реттегіштерін шығара алмаса, абсцирлеу процесі басталады.

Абсцизия ағаш жапырақтарындағы жоспарланған қартаю процесіндегі қадам. Қартаю - бұл ағаштарға ресурстарды сақтауға, тыныштық кезеңіне дайындалуға және тиімсіз тіндерді төгуге мүмкіндік беретін оқиғалар тізбегі. Қартаю бұзылмайды және әрқашан климаттық факторлардан туындамайды. Қартаю - бұл ағаштың демалу кезеңіне (қыс) дайындық кезінде басталған жоғары реттелген және мұқият бақыланатын қадамдар жиынтығы.


Өсімдіктердің жапырақтарын жоғалтуының механизмі қандай? - Биология

Сіз бұл сұрақты қоюға жеткілікті білу үшін біраз оқып, өзіңіз зерттеген болуыңыз керек! Жақсы жұмыс.

Этилен шын мәнінде өсімдік гормоны болып табылады -- Адамдардың көпшілігі өсімдіктердің маңызды «гормондар» өндіретінін түсінбейді, бірақ олар жасайды. Әдетте, бұл гормондар жануарларда, соның ішінде адамдарда сияқты өсімдіктердің өсуі мен дамуын реттейді. Этилен әдетте бұл деп аталады «қартаю гормоны» және жақсы зерттелген. Бұл шын мәнінде газ тәрізді гормон және жемістердің пісетінін тездетеді. Өсімдіктің «қартаюы» анықтамасы мен сипаттамасын негізгі биология мәтінінен табуға болады.

Этиленнің өсімдік гормоны ретінде ашылуы туралы әңгіме шынымен де қызықты. Шамамен 100 жыл бұрын бір студент көшедегі газ шамдарына жақын ағаштардың жапырақтары бар екенін байқаған «абсцизденген» (мұны да қараңыз!) газ шамдарынан алысырақ ағаштардан ертерек. Газдың қандай құрамдас бөліктері абсцизияны тездететінін талдау арқылы этиленнің (Н) болатыны анықталды.2C==CH2) себеп болды. Сол уақыттан бері көптеген зерттеушілер этилен газының өсімдіктерге, сондай-ақ жемістердің пісіп-жетілуіне бұл абсцизиялық әсер ету механизмі бойынша жұмыс істеді. Шағын өсімдікті пайдалану Арабидопсис Талиана, ғалымдар этиленмен байланысатын және өсімдік жасушасына қартаюға «сигнал» беретін рецепторды анықтау үшін молекулалық генетиканы пайдаланады. Мысалы, белгілі бір арабидопсис мутанты анықталды - бұл мутацияны тасымалдайтын штамм. «ein2» гені. Бұл өсімдіктің фенотипі (сипаттама) этиленге сезімтал емес, яғни ол үлкейіп, үлкейеді (мутантты емес штамммен салыстырғанда). Бір гендегі мутация бар өсімдіктің штаммын бөліп алдыңыз делік. Өсімдіктің фенотипі ол этилен болмаған кезде де (ол өте кішкентай) этиленді көретіндей «әрекет етеді». Мутантты геннің қандай рөлдері болуы мүмкін? (Кеңес: ген мутацияланбаған болса, өсімдік «қалыпты» болып табылады геннің «қалыпты формасы» не істейді?).

Сіз ғалым толық түсінбейтін сұрақ қойдыңыз. Этиленнің жасушалық мөлшері белгілі бір деңгейге жетуі мүмкін және пісу деп аталатын физиологиялық өзгерістер басталады. Этилен мөлшері жемістен жеміске дейін өзгеруі мүмкін, сонымен қатар оттегі немесе көмірқышқыл газы сияқты басқа газдар да әсер етеді. Этиленнің жоғарылауы өзгерістерге байланысты жеміс құрылымы (жасуша қабырғасының материалы жұмсақ құрылымды тудыратын кішірек молекулалық салмақ бірліктеріне метаболизденеді), құрамы (жалпы қанттың көбеюі және қышқылдардың азаюы) және физиология (пигменттер - банандар жасылдан сарыға ауысады, ал ұшпа дәм қосылыстары концентрациясын арттырады.

The биохимиялық механизмдер Бұл өзгерістерді этиленнің бастауы әлі де зерттеушілермен зерттелуде. Олар өте күрделі және олардың жасуша ішінде қалай басқарылатыны әлі толық түсінілмеген.

Сұрағыңызға жылдам әрі оңай жауап мынада, ол не ретінде әрекет етеді транскрипция факторы немесе пісетін спецификалық гендердің экспрессиясын бақылайтын транскрипция факторының белсендірілуіне немесе синтезіне әсер етеді.

Мен сізге этилен газы туралы айта аламын, оны өсімдіктер пайдаланады өзінің әртүрлі бөліктерімен «сөйлесу».. Мұны ғалымдар атайды «сигнал беру». Бұл өсімдік хабаршысы болғандықтан, біз оны өсімдікті өзіміз қалаған нәрселерді жасауға алдап соғу үшін пайдалана аламыз. Мысалы, көкөніс өсірушілер пайдаланады этилен газы қызанақ сияқты көптеген түрлі жемістер мен көкөністердің пісіп жетілуіне себеп болады. Өсірушілер қызанақтарды үлкен және жасыл болған кезде жинайды, содан кейін оларды пісуі үшін газдайды. Этилен газын зерттеумен айналысатын КӨП адамдар бар, сондықтан кітапханаға барып, ғылыми немесе ауылшаруашылық журналынан этилен газын іздесеңіз, сізде көп ақпарат болатынына сенімдімін.


Неліктен өсімдіктер қыста жапырақтарын жоғалтады?

Адамдар сияқты өсімдіктер де тыныс алады. Олар адамдар сияқты ұқсас принцип бойынша дем алады және шығарады. Бірақ қыста өсімдіктер жапырақтарын төгеді. Олар жазда жоғары температураға байланысты тапқыр болады.
Көптеген ағаштар қыста жапырақтарын төгеді. Оларды ЖАППЫРАҚТІ АҒАШТАР деп атайды.

ЖАПЫРАҚТАРДЫҢ ТҮСУ СЕБЕПТЕРІ:-
1-Жылу, жарық және топырақтағы минералдар азайған кезде пайда болады.
2-Ағаштар жапырақтарынан құтылу үшін тамақ ағыны тоқтатылады
3-Азық қоры үзілгеннен кейін жапырақтары бозарып, төгіледі

Температура аяздан төмен түссе, өсімдік жасушалары міндетті түрде жойылады. Аяз тіпті қорғалмаған өсімдік тіндерін өлтіруі мүмкін. Ағаштар әр күзде күрделі биохимиялық процестен өтіп, өзін қорғауға тырысады.

Мысалға:-
Олар артық суды кетіреді (оларды әлсіретеді және жапырақтары жеткілікті қоректенбейді, сондықтан олар құлап кетеді)
Олардың тіндерін қатайтыңыз және олардың жасушаларын мұздатудан сақтауға көмектесетін табиғи антифриз жасаңыз.
Өсімдіктер мен ағаштар жапырақтарын жоғалтқанда, олар әлі де фотосинтез жасай ма деген сұрақ туындайды.
Бұл сұраққа Вермонт университетінің орман шаруашылығы бөлімі жақсы жауап берді.

Олардың айтуынша, кейбір ағаштардың қабығында хлорофилл аз.
Бұл ағаштар жапырақтары төгілсе де, кейбір қантты фотосинтездеуге қабілетті.

Қыста өсімдіктер келесі себептерге байланысты жапырақтарын тастайды:
Бұл түрдегі өсімдіктер жапырақты өсімдіктер деп аталады. Бұл өсімдіктердің жапырақтарында хлорофилл деп аталатын химиялық зат бар. Хлорофилл күн сәулесінің әсерінен өсімдіктерге тамақ жасайды және бұл процесс фотосинтез деп аталады.

Қыста күн сәулесі тамақ жасауға мүмкіндік бермейді. Бірақ азық-түлік келесі маусымда қолданылатын тамырларда сақталады. Кейбір жануарлар сияқты, және қысқы күй деп аталады. Ұлпаларда жинақталған көмірсулардың қоры ретінде сақталған тағам қараңғы және суық қыста бұтақтар мен тамырларды сақтауға қабілетті және жапырақтары жоғала бастайды. Сондай-ақ физикалық аспект, егер жапырақтар жоғалмаса, қатты аяз оларда қалады және бұтақтардың сынуына әкелуі мүмкін.

Көптеген басқа ауа райы факторлары да қыс мезгілінде жапырақтардың кептірілуіне әкеледі, мысалы, мұзды топырақты жарқын күндер, кептіру желінің соғуы, ылғалдың өте төмен болуы және қар жамылғысы. Кейбір сайт проблемалары сонымен қатар су қоймасынан алыс қашықтық, суық ауаны ұстайтын қандай да бір қатты шекаралар, топырақ түрі және өсімдікті отырғызу тәсілі сияқты жапырақтардың төгілуіне әкеледі.

Жануарлардың қыста ұйықтайтыны сияқты, бұл кейбір ағаштарда да осындай жағдай. Әсіресе жалпақ жапырақты ағаштар қыс мезгілінде жапырақтарын жоғалтады. Бұл ағаштар үшін демалу кезеңі, сондықтан олар әлі тыныштық кезеңінде тамақты қажет етпейді. Демек, өсімдіктер мен ағаштардың қорегін өндірудің негізгі көзі болып табылатын жапырақтар бұл кезеңде қажет емес, нәтижесінде ағаштар сол жапырақтарды төгеді. Мұндай ағаштарды жапырақты ағаштар деп атайды, бұл сөз латынның 'decidere', яғни құлау деген сөзінен шыққан. Мұндай ағаштар суық ауа райында барлық жапырақтарын төгіп, жалаңаш қалады. Жаз келгенде немесе жылы климат келгенде, олар қайтадан мәңгі жасыл болып, тамақ жасау үшін жаңа жапырақтарды дамытады.

Жапырақты ағаштар жердің жапырақты белдеуінде өседі, бұл жазда да, қыста да тым қатал емес және қоңыржай климаты бар, жазы жылы және ыстық емес, қысы салқын және суық емес аймақ.


Mimosa pudica&rsquos жапырақтары оның жасушаларының тургор қысымының өзгеруіне байланысты майысады

Мимоза пудика сейсмонастикалық қозғалыстарға жауап беріп қана қоймайды, ол қызған кезде де жабылады. Өсімдік мұндай тітіркендіргіштерге ұшыраған кезде оның ішке қарай иілуіне мүмкіндік беретін бірқатар биохимиялық және биоэлектрлік өзгерістерге ұшырайды.

Қозғалыс пульвинустан басталады, олардың қозғалуына мүмкіндік беретін бұралу қабілеті бар жапырақшалар мен сабақтардың жастықша тәрізді ісінуі. Пульвинустың екі түрі бар: бір-біріне қарама-қарсы орналасқан экстензор жасушалары және иілгіш жасушалар. Өсімдік жанасуды сезінсе, экстензорлық жасушалар иіліп, иілгіш жасушалар созылып, қозғалыс жасайды.

Бұл иілу экстензорлық жасушалардың тургор қысымының өзгеруіне байланысты болады. Тургор қысымы - бұл жасушалардағы судың жасуша қабырғаларына әсер ететін күші, бұл жасушалардың пішінін сақтауға көмектеседі.

Тітіркендіргіш (жанасу) калий (K+) иондары мен хлор (Cl-) иондарының жасушалардан шығуына әкеледі. Жасушалардың ішінен иондардың концентрациясының төмендеуі және кейіннен сыртқа ұлғаюы химиялық градиент жасайды, бұл осмос арқылы жасушадан су молекулаларының кетуіне әкеледі.

Плазмалық мембрана арқылы иондық тасымалдау. (Несие: Soleil Nordic/Shutterstock)

Экстензорлық жасушалардан шыққан су тургор қысымының төмендеуіне әкеледі, бұл жасушалардың босаңсуына және иілуіне әкеледі.

Дегенмен, бұл &rsquot жалғыз өзгерістер. Басқа ықтимал бір уақытта механизм сахарозаның флоэмадан апопластқа, өсімдіктің жасушадан тыс аймағына бөлінуі болуы мүмкін. Бұл сонымен қатар осмосқа ықпал етеді.

Экстензорлық және иілгіш жасушалардың ішінде жасушалардың пішінін сақтауға көмектесетін цитоскелет, ақуыз тізбегі де жасушалардың иілуіне мүмкіндік беретіндей өзгеретіні туралы дәлелдер бар.

Тітіркендіргіш нейронға ұқсас электрлік сигнал арқылы бүкіл тармаққа таралады. Сондықтан бұтақтың бір бөлігі ынталандыруды сезінсе де, сол бұтақтағы барлық жапырақтар жауап ретінде жабылады.

Мұндай электрлік сигналдардың өсімдіктерде таралуының нақты механизмі толық түсіндірілмеген. Кейбір зерттеулер сигналдың өсімдік ішіндегі серіктес жасушалар мен флоэма жасушалары арқылы өтуі мүмкін екенін көрсетті, ал басқа зерттеулер ксилемаға және оның қысымының өзгеруіне әсер етті.


Олар алады және беру

Сүтқоректілер де омел жидектерін жейтіні белгілі. Дәл солай қателескен балық: су тасқыны кезінде күңгірт тар балықтардың жемістерді жейтіні туралы жазбалар бар. Бірақ омелдің ең үлкен диеталық үлесі олардың жапырақтары болуы мүмкін. Дүние жүзіндегі жануарлар, соның ішінде бұғылар, кірпілер, мүйізтұмсықтар және көбелектер көптеген көбелек түрлерінің құрттары сияқты омелмен қоректенеді.

Кесірткелер мен құстар жәндіктерді тығыз жапырақты, омела шоғырларынан аулайды, олар да баспана ретінде қызмет ете алады. Тиіндер мен басқа сүтқоректілердің үйлерін омелден жасайтыны белгілі, сонымен қатар барлық өлшемдегі құстар колибриден суда жүзетін құстарға дейін: Австралияда жүргізілген зерттеу 245 құс түрі омелде ұя салатынын көрсетті. Және жыртқыштардың алуан түрлері — сұңқарлар мен олардың туыстары ұяларын төсеу үшін жаңа омела бұтақтарын пайдаланады.

Омел жапырақтары жерге түскенде, олардың шіріген жапырақтары өсімдіктерді, жәндіктерді, саңырауқұлақтарды және т.б. “Омел жапырақтары орман түбіне қоректік заттардың тұрақты ағынын тудырады,” Уотсон. “Бұл тыңайтқыштың тамшысы сияқты.”

2001 жылы Уотсон бұл туралы мақаласында айтқан Экология және систематиканың жылдық шолуы омела - оларды қоршаған тіршіліктің көп бөлігі тәуелді болатын негізгі тас түрлері. Содан бері бұл рөлге қатысты дәлелдер көбейді. Мысалы, Зимбабве саваннасындағы омелді зерттеу омел жапырағының қоқысы топыраққа қосымша азот, фосфор және басқа қоректік заттарды айдап, шөптердің әртүрлілігіне әсер ететінін анықтады.

Бір тәжірибеде Уотсон мен оның әріптестері Австралиядағы Биллабонг Крикіндегі 20 учаскеден 5000-ға жуық омел өсімдіктерін алып тастады. Бұл аймақтарда омелдері бұзылмаған көршілес 20 аумақпен салыстырғанда құстар 25 пайызға аз болды.


IV. Құрғақшылыққа байланысты өлім-жітім механизмдері туралы гипотезалар

Өсімдіктердің өлу себептеріне қатысты гипотезалар Манион (1991) және Боссель (1986) теориялық күш-жігері арқылы тұжырымдалған. Қысқаша, Manion (1991) баяу құлдырау гипотезасын ұсынды, онда өсімдіктер көп жылдар бойы үш сатылы құлдырауды бастан кешіреді, бұл бастапқыда ұзақ мерзімді стресстен, мысалы, нашар эдапикалық орналасудан, содан кейін ауыр қысқа мерзімді стресстен, мысалы, құрғақшылық, ақырында өлім себепші фактор, мысалы, патоген арқылы орын алады. Манион осы үш факторды сәйкесінше бейімділік факторлары, қоздырғыш факторлар және ықпал ететін факторлар деп белгіледі. Боссель (1986) және Мюллер-Дамбоис (1987) ұзақ мерзімді күйзелістердің өзі тез өлімге әкелуі мүмкін, әсіресе көміртегінің сіңірілуі мен жоғалуы арасындағы теңгерімсіздік нәтижесінде көміртегінің теріс балансына әкелетінін болжады. Өлім-жітімге қатысты басқа күш-жігер көбінесе көміртегі балансы гипотезасына баса назар аудара отырып, осы бастапқы тұжырымдарды құрастырды (Waring, 1987 Martínez-Vilalta т.б ал., 2002 Бреда т.б ал., 2006 Guneralp & Gertner, 2007). Мұнда біз өлім-жітімнің үш гипотетикалық механизміне назар аудару үшін осы перспективаларға сүйенеміз: биотикалық агенттердің демографиясы, гидравликалық бұзылу және көміртегі ашығуы (біз осы гипотезалар үшін жаңа терминдерді қолданамыз. ескі терминдерді пайдалану және бұл терминдер қазіргі гипотезаларды қарапайым түрде білдіретіндіктен). Біздің шеңберімізде біз бұл әртүрлі механизмдердің өзектілігі су кернеуінің қарқындылығы мен ұзақтығына қатысты деп болжаймыз (3-сурет). Биотикалық агенттердің демографиялық гипотезасы құрғақшылықтың кейіннен орман өліміне әкелетін өлім-жітім агенттерінің (мысалы, жәндіктер мен патогендердің) демографиясындағы өзгерістерді тудырады деп болжайды. Ықтимал демографиялық өзгерістерге вегетациялық кезеңдердің ұзағырақ болуы нәтижесінде жыл сайын патоген ұрпақтарының көбеюі немесе қыстың ең төменгі температурасының жылынуына байланысты қыс мезгіліндегі өлімнің төмендеуі жатады. Биотикалық агенттер өсімдіктердің физиологиялық күйзелісін күшейтуі немесе күшейтуі мүмкін (Cурет 3). Гидравликалық бұзылу гипотезасы жоғары булану сұранысымен бірге топырақтың сумен қамтамасыз етілуінің төмендеуі ксилема өткізгіштері мен ризосфераның кавитациялануына (ауа толтырылуына), су ағынын тоқтатуға және өсімдік тіндерінің құрғауына әкеледі деп болжайды. Гидравликалық бұзылу гипотезасы толық құрғау жасушалық өлімге әкеледі деген қағидаға негізделген. Гидравликалық істен шығу әсіресе құрғақшылық жеткілікті қарқынды болса, өсімдіктер көміртегі таусылғанға дейін суы таусылатын болса мүмкін (Cурет 3). Көміртекті аштық гипотезасы гидравликалық бұзылудың алдын алу үшін устьицаның жабылуы көміртегінің фотосинтетикалық сіңірілуін азайтады және көмірсуларға деген үздіксіз метаболикалық сұраныс нәтижесінде өсімдік аштыққа ұшырайды деп болжайды. Бұл процесс құрғақшылық кезінде температураның жоғарылауымен байланысты фотоингибирлеу немесе тыныс алудың жоғарылауы арқылы күшеюі мүмкін. Сондықтан көміртегі ашығуы гидравликалық түрде қозғалады, бірақ гидравликалық емес механизмдер де ықпал етуі мүмкін. Құрғақшылық гидравликалық істен шығу үшін жеткілікті қарқынды болмаса, бірақ өсімдік көміртегі қорының баламалы мөлшерінен ұзағырақ болса, көміртегі ашығуы әсіресе ықтимал болуы мүмкін (Cурет 3). Биотикалық агенттер гидравликалық бұзылуды күшейте алады, мысалы, қоңыздар судың тасымалдануын тоқтататын ксилема-окклюзия саңырауқұлақтарымен сап ағашын егу кезінде (Ларссон) т.б ал., 1983 Waring & Pitman, 1985 Wullschleger т.б ал., 2004) немесе көміртегі ашығуы, мысалы, шайыр өндірісіне көміртегінің жоғалуын арттыру (Уоллин) т.б ал., 2003). Сол сияқты, гидравликалық ақау немесе көміртегі ашығуы биотикалық шабуылдарды күшейтуі мүмкін, мысалы, шайыр сияқты көміртегі негізіндегі қорғаныс қосылыстарының төмен өндірісі, жәндіктерді тартатын этанол сияқты ұшпа заттардың шығарындыларының жоғарылауы және жәндіктерге арналған тағам сапасының өзгеруі. Осылайша, барлық үш тетік не инклюзивті немесе тек қана жұмыс істей алады.

Құрғақшылықтың уақытша ұзақтығы (ұзақтығы), судың қолжетімділігінің салыстырмалы төмендеуі (интенсивтілігі) және өлімнің негізінде жатқан үш болжамды механизм арасындағы гидравликалық негізге негізделген теориялық байланыс. Көміртегі ашығуы құрғақшылықтың ұзақтығы метаболизмді қамтамасыз ету үшін көміртегі қорын балама сақтаудан ұзағырақ фотосинтезді қысқарту үшін жеткілікті ұзақ болған кезде пайда болады деп болжанады. Құрғақшылықтың қарқындылығы өсімдікті көміртегі аштығы пайда болғанға дейін қайтымсыз құрғау шегінен өту үшін жеткілікті болса, гидравликалық ақау пайда болады деп болжанады. Жәндіктер мен қоздырғыштар сияқты биотикалық агенттер көміртегі ашығуымен де, гидравликалық ақаумен де күшейе алады немесе күшейтілуі мүмкін.

1. Генетика бойынша жазба

Генетикалық айырмашылықтар осы механизмдердің барлығында маңызды рөл атқаруы мүмкін (Gutchick & BassiriRad, 2003 Tuberosa т.б ал., 2003 Хамрик, 2004). Дегенмен, генетикалық вариация өлім немесе тірі қалу механизмін білдірмейді өз алдына. Құрғақшылыққа төзімділікті жеңілдететін фенотиптік белгілердің түр аралық тұқым қуалауы кәдімгі бау-бақша және экотондық тәжірибелерде көрсетілгендей анық байқалады (VanSplunder т.б ал., 1996 Volaire т.б ал., 1998 Сак, 2004 Адамс және Колб, 2005 Энгельбрехт т.б ал., 2005 ), дегенмен, дәлелдер түр ішілік мұрагерлік үшін анық емес. Ағаш өсімдіктеріне жүргізілген көптеген қарапайым бақша зерттеулері қуаңшылыққа ксилеманың осалдығы сияқты құрғақшылыққа төзімділікке байланысты сипаттамаларда түр ішілік генетикалық вариацияны көрсетеді (Каванаг т.б ал., 1999), гидравликалық өткізгіштік (Комсток, 2000) және суды пайдалану тиімділігі (Чжан. т.б ал., 1995), стома мөлшері мен тығыздығы (Миттон т.б ал., 1998) және жәндіктердің шабуылы (Кристенсен т.б ал., 1995). Ұзақ өмір сүретін ағаштар, әсіресе желмен тозаңданатын түрлер, генетикалық вариацияның ең жоғары дәрежесіне ие және осылайша, генетикалық факторлар өмір сүру үшін маңызды болса, болашақ құрғақшылыққа ең төзімді түр болады деп күтуге болады (Миттон, 1995 Хамрик, 2004). Құрғақшылықтың өмір сүру механизмдерінің генетикалық тұқым қуалауы анық маңызды болғанымен, селекциядағы механизмдер әлі анық емес.


Өсімдіктер жарыққа қарай қалай өседі? Ғалымдар фототропизмнің механизмін түсіндіреді

Өсімдіктер жапырақтары арқылы күн сәулесінің максималды мөлшерін алу үшін бірқатар стратегияларды әзірледі. Терезедегі өсімдіктерге қарап білетініміздей, олар фотосинтез арқылы энергия алу үшін күн сәулесіне қарай өседі. Қазір халықаралық ғалымдар тобы осы қозғалыстың қозғаушы күші - ауксин өсімдік гормоны туралы нақты түсініктер берді.

Өсімдіктердің жарыққа қарай өсуі олардың өмірлік циклінің басында өте маңызды. Көптеген тұқымдар топырақта өніп, қараңғыда қоректенетін крахмал мен липидтердің шектеулі қорынан алады. Беткейге жеткенде, көшеттер гравитациялық күшке қарсы жоғары қарай тез өседі, бұл бағдарлаудың бастапқы белгісін береді. Жоғары сезімтал жарықты сезетін ақуыздардың көмегімен олар күн сәулесінің ең қысқа жолын табады және тіпті жарық көзінің бағытына қарай иілуге ​​қабілетті.

"Тіпті жетілген өсімдіктер де ең күшті жарыққа қарай иіледі. Олар мұны жарықтан ең алыс жағындағы сабақтың жасушаларын ұзарту арқылы жасайды. Жарыққа бағытталған өсудің бұл түрі фототропизм деп аталады", - деп түсіндіреді кафедрадан профессор Клаус Швеххаймер. Technische Universität München (TUM) өсімдік жүйелерінің биологиясы.

Тасымалдаушылар өсімдік гормонын мақсатты жерге жылжытады

Жасушаның ұзаруына жауапты зат – ауксин. Бұл фитогормон өсіндінің ұшында жасушаларда түзіліп, содан кейін жасушадан жасушаға беріледі. Осылайша, гормон өзінің соңғы орнына жеткенге дейін өсімдіктің көптеген жасушалары арқылы өтеді. Швеххаймер: «Экспорттау және импорттау ақуыздары ауксинді бір жасушадан жасушааралық кеңістікке, содан кейін келесі жасушаға итеріп жібереді және ауксин ақыр соңында өзінің мақсатты аймағына жеткенше осылай жалғасады», - деп атап өтті Швеххаймер.

Бұл процестегі ең маңызды ақуыздар ауксин ағынының бағытын реттейтін «PIN» деп аталатын экспорттық ақуыздар болып табылады. Швеххаймер командасы көрсете білгендей, бұл PIN-кодтар өздігінен жұмыс істемейді: «Олар D6PK протеинкиназасының сигналын қажет етеді», - деп жалғастырды Швеххаймер. «Киназа ферменті фосфат топтарын тасымалдау арқылы PIN кодтарын өзгертеді, осылайша оларды ауксин тасымалдаушылары ретінде белсендіреді».

Ауксиннің рөлі қандай?

Өсімдіктердің қозғалысын алғаш рет 1880 жылы Чарльз Дарвин «Өсімдіктердегі қозғалыс күші» атты негізгі еңбегінде жан-жақты сипаттады. Өсімдік гормоны ауксин өсімдіктердің жарық көзіне қарай иілуінде рөл атқаруы мүмкін деген теорияны алғаш рет 1937 жылы Голландиялық зерттеуші Фритс Вент Чолодный-Вент моделінде ұсынған.

Көптеген кейінгі бақылаулар бұл модельді қолдағанымен, осы уақытқа дейін ауксиннің бұл процеске қатысқаны туралы нақты дәлел жоқ. Швейцариядағы UNIL (Université de Lausanne) профессоры Кристиан Фанхаузер мұның себебін түсіндіреді: "Осы уақытқа дейін ауксин тасымалдауында белгілі ақауы бар барлық өсімдіктер қалыпты фототропизмді көрсетті. Сонда ауксинді тасымалдау бұл процесс үшін қалай маңызды болуы мүмкін?"

Ауксинді реттеу моделі расталды

TUM командасы UNIL-дегі әріптестерімен бірлесе отырып, бұл сұраққа жауап тапты. Швейцариялық зерттеушілер зауытта бір уақытта бірнеше PIN-код тасымалдаушыларын инактивациялай алды. Ал өз тарапынан TUM ғалымдары D6PK протеинкиназасының қызметін көрсете алды.

Бірнеше PIN және киназа құрамдастары болмаған кезде өсімдіктің өсуі фототропизмді тудыратын жарық сигналдарына мүлдем жауап бермейтіні анықталды. Бұл мутантты өсімдіктердегі ауксинді тасымалдау механизмі қатты бұзылған: өсімдіктер жарық көзіне қарамастан, гравитациялық күштен алыс, жоғары қарай өсті. Бұл ғалымдарға алғаш рет ауксин гормонының фототропизмді қоздыратын зат екенін дәлелдеуге көмектесті.


Өсімдіктердің таңғажайып жапырақ үлгілерінің математикалық құпияларын декодтау

Тәжірибесіз көзге өсімдіктер өте импульсивті түрде өсіп, бір үлкен жасыл шатастырып алу үшін кездейсоқ жапырақтарды шығарады. Дегенмен мұқият қарап шығыңыз, сонда сіз бамбук өсінділерінің теңдестірілген симметриясынан бастап суккуленттердің таң қалдыратын спиральдарына дейін бүкіл табиғи әлемде бірнеше қызықты қалыпты үлгілердің пайда болатынын көресіз.

Шын мәнінде, бұл үлгілер жеткілікті дәйекті, суық, қиын математика органикалық өсуді өте жақсы болжай алады. Филлотаксисті немесе жапырақ үлгілерін зерттеуде орталық болған бір болжам - жапырақтар өздерінің жеке кеңістігін қорғайды. Қолданыстағы жапырақтар жаңаларына ингибиторлық әсер етіп, басқалардың жақын жерде өсіп кетуіне жол бермеу үшін сигнал береді деген идеяға сүйене отырып, ғалымдар табиғаттың көптеген ортақ конструкцияларын сәтті қайта жасай алатын модельдер жасады. Мысалы, әрқашан қызықты Фибоначчи тізбегі күнбағыс тұқымдарынан бастап наутилус қабығына дейін қарағай конусына дейін барлығында көрінеді. Қазіргі консенсус өсу гормоны ауксиннің қозғалысы және оны өсімдік бойымен тасымалдайтын белоктар мұндай үлгілерге жауап береді.

Бір түйінде бір жапырақтан тұратын жапырақтың орналасуы балама филлотаксис деп аталады, ал бір түйінде екі немесе одан да көп жапырақтың орналасуы бұралған филлотаксис деп аталады. Кең таралған балама түрлері - әртүрлі филлотаксис (бамбук) және Фибоначчи спиральді филотаксисі (шырынды спиральды алоэ), ал жалпы бұралған түрлері - декуссаты филлотаксис (райхан немесе жалбыз) және трикуссат филотаксисі (Нериум олеандры, кейде dogbane ретінде белгілі). (CC-BY-ND бойынша Такааки Йонекура)

Дегенмен, жапырақтың белгілі бір орналасуы өсімдіктердің өсуіне арналған танымал модельдерді, соның ішінде 1990-шы жылдардан бері басым болған Дуади және Кудер теңдеулерін (DC1 және DC2 ретінде белгілі) бұзады. Токио университетінің зерттеушілері басқаратын топ деп аталатын бұталарды зерттеп жатыр Жапондық Орикс Бұрынғы теңдеулер зауыттың әдеттен тыс құрылымын қайта жасай алмайтынын анықтады, сондықтан олар модельдің өзін қайта қарастыруды шешті. Жаңа зерттеуде сипатталған олардың жаңартылған моделі PLOS есептеу биологиясы, бір кездері қолға алынбаған үлгіні жаңғыртып қана қоймайды, сонымен қатар ол бұрынғы теңдеулерге қарағанда басқа, кең таралған келісімдерді жақсырақ сипаттай алады, дейді авторлар.

“Көптеген өсімдіктерде филлотактикалық үлгілерде симметрия—спиральдық симметрия немесе радиалды симметрия бар,” Токио университетінің өсімдік физиологы Мунетака Сугияма, жаңа зерттеудің аға авторы. “Бірақ осы ерекше зауытта, Жапондық Орикс, филлотактикалық үлгі симметриялы емес, бұл өте қызықты. 10 жылдан астам уақыт бұрын маған әрбір жапырақ примордиумының ингибиторлық күшіндегі кейбір өзгерістер осы ерекше заңдылықты түсіндіре алады деген ой келді.”.

Ботаниктер өсімдіктің филлотаксисін анықтау үшін дивергенция бұрыштарын немесе дәйекті жапырақтар арасындағы бұрыштарды пайдаланады. Жапырақтардың орналасу үлгілерінің көпшілігі тұрақты дивергенция бұрышын сақтайды O. japonica Жапонияда және Шығыс Азияның басқа бөліктерінде туған бұта, жапырақтарды төрт қайталанатын бұрыштың ауыспалы сериясында өсіреді: 180 градус, 90 градус, қайтадан 180 градус, содан кейін 270 градус.

Ан Жапондық Орикс жапырақтардың әртүрлі бұрыштары көрінетін бұта. (Qwert1234 Wikicommons арқылы CC BY-SA 4.0)

Зерттеушілер «8220ориксат» филлотаксис деп атаған бұл үлгі басқа таксон өсімдіктері (мысалы, «қызыл ыстық покер» гүлі сияқты) бір реттік аномалия емес. Книфофия увариясы, немесе креп-мирт Лагерстроемия көрсеткіші) жапырақтарын бірдей күрделі ретпен ауыстырыңыз. Жапырақтың орналасуы эволюциялық ағаштың әртүрлі жерлерінде пайда болатындықтан, авторлар ұқсастық одан әрі зерттеуді қажет ететін ортақ механизмнен шыққан деген қорытындыға келді.

Әртүрлі параметрлері бар Дуади және Кудер теңдеулерін сынап көргеннен кейін авторлар ориксатты ауыспалы орналасуға жақын үлгілерді шығара алды, бірақ симуляцияланған қондырғылардың ешқайсысы теңдеумен тамаша сәйкес келмеді. O. japonica олар бөлшектеп, зерттеген үлгілер. Осылайша, команда Дуади және Кудер теңдеулеріне тағы бір айнымалыны қосу арқылы жаңа модель құрастырды: жапырақ жасы. Бұрынғы модельдер жапырақтардың ингибиторлық күші уақыт өте келе өзгеріссіз қалады деп есептеді, бірақ бұл тұрақты «биология тұрғысынан табиғи емес», - дейді Сугияма. Оның орнына, Sugiyama’s командасы уақыт өте келе осы “сақтау” сигналдарының күші өзгеру мүмкіндігіне мүмкіндік берді.

Команда кеңейтілген Douady және Couder үлгілері деп атайтын нәтиже үлгілері, EDC1 және EDC2—компьютерленген өсу арқылы жапырақтың күрделі орналасуларын қайта жасай алды. O. japonica. Бұл ерліктен басқа, кеңейтілген теңдеулер барлық басқа жалпы жапырақтар үлгілерін жасады және осы сорттардың табиғи жиіліктерін алдыңғы үлгілерге қарағанда дәлірек болжады. Әсіресе спираль пішінді өсімдіктер жағдайында, жаңа EDC2 моделі Фибоначчи спиральының "супер үстемдігін" басқа құрылымдармен салыстырғанда болжаған, ал алдыңғы модельдер бұл ерекше пішін табиғаттың барлық жерінде неліктен пайда болатынын түсіндіре алмады.

“Біздің EDC2 моделіміз филлотаксистің барлық негізгі түрлеріне қосымша ориксат үлгілерін жасай алады. Бұл алдыңғы модельден артықшылығы анық,” Сугияма дейді. “EDC2 түрлі үлгілердің табиғи көріністеріне де жақсырақ сәйкес келеді.”

Жапырақтары а Жапондық Орикс тармақ (жоғарғы сол жақта) және ориксатты филлотаксистің схемалық диаграммасы (оң жақта). Ориксатты өрнегі жапырақтар арасындағы бұрыштың ерекше төрт циклдік өзгеруін көрсетеді. Сканерлеуші ​​электрондық микроскоптың суреті (ортаңғы және төменгі сол жақ) қысқы бүршіктерін көрсетеді O. japonica, жапырақтары ең алғаш өсетін жерде. Бастапқы жапырақтар ең ескі жапырақ P8, ал ең жас жапырақ P1 деп ретімен белгіленеді. O белгісі өсу шыңын белгілейді. (CC-BY бойынша Такааки Йонекура / Акитоши Ивамото / Мунетака Сугияма)

Авторлар жапырақтың жасының осы өсу үлгілеріне әсер етуіне нақты не себеп болатынын әлі қорытындылай алмайды, дегенмен Сугияма бұл өсімдіктің дамуы барысында ауксинді тасымалдау жүйесіндегі өзгерістерге байланысты болуы мүмкін деп болжайды.

Мұндай жұмбақтарды есептеу модельдері мен зертханалық эксперименттер арасында «басу және тарту» арқылы шешуге болады, дейді зерттеуге қатыспаған есептеу биологы Сиера Мартинес. Авторлардың моделі филлотаксисті жақсырақ түсінуге бағытталған қызықты қадамды қамтамасыз етеді және басқа ботаниктерге өсімдіктерді бөлшектеу және талдау арқылы олқылықтарды толтыруға мүмкіндік береді.

“Модельдермен, біз әлі нақты механизмін білмеуіміз мүмкін болса да, бізге кем дегенде не іздеу керектігі туралы күшті кеңестер беріледі,” Мартинес электрондық поштада. “Енді бізге модель не болжайтынын білу үшін нақты өсімдіктердегі молекулалық механизмдерге жақынырақ қарау керек.”

Жаңа жапырақтар (қызыл жартылай шеңберлер) өркен шыңынан (орталық қара шеңбер) пайда болып, сыртқа қарай өсетін "ориксат филлотаксисіндегі" жапырақ орналасу үлгілерінің жоғарыдан төмен көрінісі. (CC-BY-ND астында Такааки Йонекура)

Sugiyama’s командасы өз моделін одан әрі нақтылау және оны барлық белгілі филлотактикалық үлгілерді жасау үшін жұмыс істеуде. One “mysterious” leaf pattern, a spiral with a tiny divergence angle, still evades computational prediction, although Sugiyama thinks they’re close to cracking the leafy code.

“We don’t think our study is practically useful for society,” Sugiyama says. “But we hope that it will contribute to our understanding of the symmetric beauty in nature.”

About Maddie Burakoff

Maddie Burakoff is an editorial intern with Smithsonian magazine. She is currently a junior at Northwestern University, where she studies journalism and Spanish.


What happens to plants in winter?

Chances are your backyard is on a bit of a 'go slow' in winter. But don't be fooled, a lot of science is at work beneath the surface, writes the Geeky Gardener.

As winter approaches, deciduous trees transfer nutrients from the leaves into the branches where they're deposited in the bark (Source: frankiefotografie/iStockPhoto)

Even though Australia doesn't experience the long, harsh winters of the northern hemisphere, your lawn might have stopped growing, leaves are falling off deciduous trees and some seeds are weeks or months away from germinating.

This period of dormancy, where plants are ticking over but not growing, comes with the falling temperatures and reduced day length that winter brings.

But this dormancy is much more than a period of suspending animation. It's part survival mechanism, part housekeeping exercise, all meant to help plants gear up for warmer days ahead.

Let's start with seeds in the ground, perhaps tucked away in a corner of your vegie patch.

If the seeds are from an introduced species that originated from a colder climate, they will be genetically programmed to survive winter, says Dr Mark Ooi, a plant ecologist who studies seed dormancy at the University of Wollongong.

"Garden species from the northern hemisphere evolved to survive these harsh conditions. They're still adapted to the conditions in which they evolved," he says. They just haven't been in Australia long enough to adapt to local conditions.

So, seeds lie dormant, metabolising at low levels, waiting for spring.

Ooi says it's only when a seed has been exposed to low temperatures for long enough, a process known as cold stratification, that plant hormones trigger the end of dormancy. At this time, if environmental conditions are favourable — say there's enough water around — the seed can then germinate, again a process governed by plant hormones.

Seasonal patterns not only affect seeds but the whole plant, says Associate Professor Brian Atwell from Macquarie University, who studies how plants grow in harsh environments.

He says that a drop in temperature slows down a plant's metabolism largely because the enzymes that drive these biochemical reactions don't work so well in the cold. Photosynthesis slows, respiration slows, growth stops.

A classic example is your backyard lawn, Atwell says, which stops growing over winter if the temperature is low for long enough.

Being exposed to less sunlight also plays a role in grass growth this time of year due to the lower angle of the winter sun and shorter winter days, he says. That means less photosynthesis, which in turn means fewer sugars to metabolise.

"If you can't make the energy, you might as well close up shop," says Atwell. "You're not making enough for growth."

The result? Gardeners don't have to mow the lawn for a while.

Many native Australian plants also have a slower metabolism in winter, slowing growth, he says. But most do not undergo a period of physiological winter dormancy, like many introduced species.

Atwell also says that plants use winter dormancy to keep their houses in order. For instance, proteins are broken down and re-made and cell membranes are maintained.

Winter dormancy can also be about conserving nutrients. That's one of the reasons, says Atwell, why deciduous trees shed their leaves at this time of year.

As winter approaches, leaves lose chlorophyll and the tree salvages its constituents — mainly nitrogen, magnesium and phosphates — for recycling. The nutrients are carried back from the leaves into the branches where they're deposited in the bark.

Plant hormones (first auxin, then ethylene) then trigger the leaves, which are now largely stripped of nutrients, to fall off the tree.

Buds can also lie dormant over winter, often covered in scales, until the plant been exposed to low temperatures for long enough. Cherry trees, for instance, are genetically programmed to undergo a winter before buds open in spring. So, even if we have an unusually warm winter, buds won't burst to life until the tree has been chilled.

But how do plants 'know' or register when they've been exposed to enough cold weather?

"Plants have a temperature memory," says Atwell. "They measure the product of time and temperature and can work out how cold it's been and for how long."

They do this, he says, by keeping track of the interactions between certain proteins, a sign that it's time to activate a key gene to break dormancy.

Some people say this sequence of events is evidence that plants do maths to calculate the product of time and temperature. Others dispute whether plants are computing anything at all.

Either way, there's clearly more going on in your winter garden than you might think — maths or not.

Breaking the rulesWhile some native Australian seeds from cold-climate regions also lie dormant in winter, until recently people had assumed that other native seeds didn't take seasonal patterns into account when 'deciding' when to be dormant and when to break dormancy.

But what Dr Mark Ooi from the University of Wollongong and his team have discovered is that some native seeds, for example boronia seeds, show seasonal patterns of dormancy as well as needing fire to jump-start germination. Fire alone isn't enough.

Other special cases are desert seeds that evolved to be dormant during the harshness of a dry season (they undergo warm stratification) and seeds originating from a Mediterranean climate that evolved to stay dormant until rains come at the start of winter, says Ooi.

In both cases, seeds evolved to break dormancy under conditions that maximise the survival of the fragile seedling into a mature adult plant.

Another anomaly is the magnolia tree, says Associate Professor Brian Atwell from Macquarie University, which he says is "genetically fixed" to flower in winter rather than in spring. This, he says, is a legacy of its Chinese ancestry, where local conditions would have favoured this pattern of dormancy and budding.

More linksPlants in Action

Автор туралыAnna Evangeli writes about the science of gardening at her award winning blog The Geeky Gardener. She is a former news editor at ABC Science and science correspondent for ABC Gardening Australia magazine, and has degrees in biochemistry and journalism.

Use these social-bookmarking links to share What happens to plants in winter?.


Red Leaves Particular To Fall

When leaves change color, another pigment becomes visible: flavonoids, which are responsible for the reds. These colors are particular to fall because their pigment is created only when the temperature drops.

Fall is often some combination of bright sunlight but cooler air, and it’s under these conditions that amber, red, and magenta hues in leaves can be produced. Consequently, autumns with a lot of sunny days and cold nights will actually have the brightest red colors. The intensity of the leaves will vary based on moisture and temperature, and sudden frost can stunt more brilliant colors from being revealed.

When leaves start to prepare to fall off the trees come winter, a layer of cells form along the base of its stalk. This formation effectively seals off the movement of sugar from leaf to tree, and when that leaf is blown off, it leaves behind a leaf scar. The remaining sugars are stored in the tree.

The sugars that are left in the leaf react with cell sap to produce anthocyanin, which is a flavonoid compound that presents itself in red, blue, purple, or magenta pigment. The hues of anthocyanin also depend on the plant’s soil acidity. This means that trees in different parts of the world will display different hues of red or magenta. Indeed, some species of trees even are subject to more brilliant reds than others, like maples, sweet gum, and dogwood.

Anthocyanins will also combine and blend with the other yellow and orange pigments in the leaf. Some tree leaves, then, will be multicolored and display different shades of yellow, orange, and red all in a single leaf.

These pigments too, though, will eventually degrade, and a dull brown will remain.

All told, as the leaf shuts down food production for the tree, its many pigments degrade from green to yellow, orange, red, and sometimes purple, until it is brown and dead.

Some scientists also think that why leaves change color has something to do with their evolution and is in fact not even that useful to the tree anymore. They posit that the color may once have been used to attract certain insects, some of which are now extinct:

“Because plants evolve very slowly, we still see the colors. So leaf color is a fossil memory, something that existed for a reason millions of years ago but that serves no purpose now,” suggests Bryan A. Hanson, professor of chemistry and biochemistry at DePauw University.

But as with all beautiful phenomena that we witness on this earth, science can only explain so much, and the rest is just pure magic.

After this look at why leaves change color, take a look at these 21 images from the thousand-year-old mid-autumn festival that’s celebrated all across Asia. Then, check out this research study that suggests the Earth’s vegetation may once have been purple, and not green.


Бейнені қараңыз: Үй жануарлары мен құстары. Домашние животные на казахском языке (Қаңтар 2022).