Поиск сообщества

"У нас пока нет полного ответа на этот вопрос, но мы знаем очень многое о механизмах, которые вызывают такую реакцию. Не существует единого явления, вызывающего цветение, и не существует ни одного магического гормона, который был бы ответственен за это. Растения цветут в ответ на несколько спусковых механизмов, которые приводят к довольно сложной цепочке физиологических и генетических реакций, что в конечном итоге вызывает изменение морфологических характеристик цветковых верхушечных побегов. Главный из этих триггеров - эффект света, известный как Фотопериод." Гэри Куглер, BSc Horticulture, Hortisol NA Research Фотопериод - это реакция растения на определенные световые сигналы, включая как продолжительность, так и качество получаемого света. Растения не воспринимают свет так, как люди или животные. В растениях часть электромагнитного спектра, которую мы воспринимаем как свет, действует за счет выделения энергии для конкретных фотохимических реакций как в области контроля, так и в путях производства энергии. Животные также используют световую энергию, чтобы «видеть» мир вокруг них. Свет - это двойственность, существующая и как дискретная частица (фотон), и как волна. Чем выше частота (более короткая волна), тем выше энергетическое состояние квантового пучка, известного как фотон (см. Рис. 1). Фотохимические системы в растениях предназначены для захвата определенных частот света и использования его энергии для проведения химических реакций. Рисунок 1: Волна электромагнитного излучения может быть столь же мала, как атомные ядра или же равна высоте небоскреба. Видимый свет также является частью электромагнитного излучения. Цвета спектра Растения захватывают световую энергию по двум основным причинам: чтобы создать углеводы и контролировать некоторые из тысяч процессов, происходящих в растительных клетках. Здесь нас интересуют только управление процессом, но волны, используемые для получения углеводов, примерно одинаковы. Существует четыре базовых цвета спектра, с которыми работают растения: УФ (ультрафиолетовый) от 340 до 400 нанометров Синий от 400 до 500 нм Красный цвет от 600 до 700 нм Дальний красный (начало инфракрасного) от 700 до 800 нм Точки сбора света Эти цифры не являются абсолютными, потому что на самом деле цвета перекрываются, и растение будет использовать часть энергии от 500 до 600 нм, хотя и не очень много. Растение использует различные пигменты для захвата различных волн энергии. В широком смысле четыре полосы электромагнитной энергии контролируют работу растения через три точки сбора или с помощью света, поглощающего пигменты; Криптохромы (синий и ультрафиолетовый) Фитохромы (красный и дальний красный) Фототропины (синий и ультрафиолетовый) Точки сбора света действуют как переключатели, которые включают и выключают определенные процессы в растении и регулируют другие. В то время как человек будет воспринимать только отражающиеся цвета (волны или частоты) и воспринимать только усиление или затемнение уровня света, растения также чувствительны к смещению света между частотами, которые мы воспринимаем как интенсивность. Растения, выращенные в тени других, получают намного больше красного и дальнего красного, чем синий света. Они чувствительны к переходу от красного к синему свету, который естественным образом возникает при восходе солнца, и к противоположному сдвигу, который происходит на закате. Они также чувствительны к изменениям времени, в которое происходят эти ежедневные события. Различные пигменты действуют в качестве переключателей, которые инициируются энергией определенной волны как отношение одной частоты к другой. Даже отсутствие света влияет на реакцию растения через эти центры управления. Все эти элементы управления влияют на процесс, известный как цветение. Свет контролирует естественные ритмы растения (поскольку также он контролирует, например, и сон животных). Эти природные ритмы, или циркадные ритмы, присущи всем формам жизни. В жизни существует ряд событий, которые происходят в течение каждого дня. Существуют периоды активности и периоды отдыха. Бывают периоды, когда требуется подпитка, а бывают периоды, когда выполняются определенные действия или задачи. Все эти события запрограммированы на более или менее 24-часовой период. Неэффективно производить химикаты, используемые для захвата фотонов, когда темно (хотя некоторые производят). Как и на заводе, при потребности компоненты должны прибыть, когда они нужны, необходимо выполнить инвентаризацию и обеспечить наличие минимально необходимого их количества, а сборочные линии должны катиться, когда есть все нужные детали. Свет определяет эти ритмы, и не только через его присутствие, но и через его качество. Растение воспринимает как качество, так и количество получаемого света. Основываясь на экологических факторах, таких как качество воздуха или время года, растение будет ощущать разное соотношение цветов. Эта разница в основном измеряется пигментами, которые в сочетании с другими триггерами и процессами управляют тем, что «делает» растение, и когда. Свет устанавливает биологические часы растения, чтобы все процессы продолжались в гармонии. Криптохромы определяют направление света и его количество. Реакции, управляемые криптохромами, включают: Устьичную функцию Генную транскрипцию и активациию Ингибирование удлинения стебля Синтез пигментов И отслеживание солнца листьями Фототропины, другие рецепторы синего света, ответственны за фототропизм или движение растений и за движение хлоропластов внутри клетки в ответ на количество света в качестве системы предотвращения повреждения. Есть также некоторые свидетельства того, что они активируют защитные клетки при открытии устьиц. Рисунок 2: По мере того, как солнце садится, количество дальнего красного света превышает количество красного света и уровни Pr возрастают, что приводит к несколько более высокой концентрации Pfr и более низкой концентрации Pr. Фитохром: Pr и Pfr В основе функции фитохрома лежит взаимопревращение двух его форм: поглощающих в красной(Pr) и дальней красной (Pfr) областях В зависимости от частот света, которые они поглощают больше всего (даже если другая частота также активирует его и синий свет). Два пигмента, как правило, преобразуются туда и обратно, при этом Pr преобразуется в Pfr с красным светом и наоборот (хотя некоторые формы Pr / Pfr теряют способность к восстановлению в зависимости от количества света, интенсивности или качества получаемого света). Активной формой, которая вызывает такие реакции, как цветение, является Pfr. Красный свет оказывает наибольшее влияние на фотоморфогенез (эффект света на развитие растений), и дальний красный свет может иногда менять реакции Pfr. Фитохром контролирует многие функции, такие как: Экспрессия и репрессия генов Генная транскрипция Удлинение саженцев и стеблей всхожесть Фотопериодизм (реакция цветения) избежание тени и корректировка различной освещенности Синтез хлорофилла Рисунок 3: На следующее утро снова появляется полный свет, и соотношение pr к pfr возвращается к равновесию Одним из примеров реакции красного света является изменение интервала между длинными и короткими днями, которое приводит к цветению короткодневных растений. Это происходит потому, что растение ощущает изменение через разницу соотношения между красным светом и дальним красным (или отсутствием света) и начинает изменять свою физиологию от состояния вегетативного роста к цветению. Пока растение получает свет, соотношение Pr к Pfr (Pr: Pfr) примерно находится в равновесии (на самом деле Pfr несколько выше). Pr преобразуется в Pfr красным светом, а Pfr преобразуется обратно в Pr дальним красным светом. По мере того, как солнце садится, количество дальнего красного света превышает количество красного света и уровни Pr возрастают, что приводит к несколько более высокой концентрации Pfr и более низкой концентрации Pr. Pr производится и накапливается естественным путем в темное время. Pfr также медленно разрушается до Pr (его период полураспада составляет приблизительно 2.5 часа). На следующее утро снова появляется полный свет, и соотношение pr к pfr возвращается к равновесию. В этом случае можно сказать, что Pfr подобен песчинке в песочных часах. Считается, что, когда концентрация Pfr низкая, а Pr высокая, растения короткого дня цветут, а растения длинного дня - нет. Когда концентрация Pfr выше, а концентрация Pr ниже, растения длинного дня и растения короткого дня этого не делают. Длинный день и короткий день Если мы возьмем два растения, одно из которых будет цвести при продолжительности дня 10 часов и темноты - 14 (растение короткого дня), а другое - при 14 часах света и 10 часах темноты (длинного дня), период, определяющий цветение, фактически - ночь. Этот процесс показан на рисунке 3. В сущности, растение короткого дня нуждается в 14 часах темноты, чтобы накопить Pr и преобразовать достаточно Pfr в Pr для того, чтобы уровень Pfr был подавлен достаточно долго в течение ночи для начала морфологического изменения. Это изменение становится необратимым через определенное количество дней. В растении длинного дня этот процесс фактически тот же, но в реверсивной форме. Они реагируют на присутствие более высоких уровней Pfr. Рисунок 4: Продолжительность ночи вызывает цветение многих растений. а. Растения короткого дня (длинной ночи), такие как хризантемы, цветут, когда ночь длится дольше критической продолжительности. Если эта критическая ночная продолжительность недостаточно длинная, растение не может цвести. б. Напротив, растения длинного дня (короткой ночи), такие как ирисы, цветут, когда ночи короче критической продолжительности. Продолжительность времени, в течение которого Pfr является преобладающим фитохромом, является причиной начала цветения растения. Однако, если циркадные ритмы будут неверными, или изначально будут отсутствовать, то компоненты, необходимые для осуществления изменений, могут не присутствовать с самого начала, и ритмы должны будут «догнать и настроится» до начала изменения. Pfr прекращает подавление флоригена, сигнала цветения, или стимулирует экспрессию, и растение получает сигнал цвести. В основном, уровни Pfr говорят растению, как долго длится ночь. Флориген, сигнал цветения Флориген, однажды описанный как теоретический гормон, в настоящее время обычно описывается как РНК-послание, известное как FT-мРНК. Проще говоря, это белковая молекула, которая производится в части ДНК растения в районе, известном как ЦВЕТОЧНЫЙ ЛОКУС (T). Этот белок похож на ключ, который ищет конкретный замок, которому он подойдет. Когда замок повернут, инициируются другие процессы. Считается, что при сочетании с другим геном, известным как CONSTANS (CO), запускается процесс перехода от вегетативного состояния к цвету. Таким образом, переход к цветению растения включает внешние сигналы, которые влияют, контролируют и управляют процессами растения и запускают экспрессию гена. Все это вызвано изменениями в свете, который получает растение. Реакция цветения Есть пять основных типов реакции цветения в растениях. 1. Есть растения короткого дня (РКД), которым для цветения просто нужен переход к коротким дням и длинным ночам. 2. Есть растения длинного дня (РДД), которым необходимо обратное. 3. Затем, есть растения длинного короткого дня (РДКД)... 4. ... и растения короткого длинного дня (РКДД), которым требуется определенное количество времени, пока растение длинного или короткого дня последует за коротким днем или длинным днем, чтобы зацвести. 5. Наконец, существуют нейтральные растения (НР), которым требуются одни и тех же световые функций и продолжительность светового дня, но они обладают иными триггерами цветения. Во всех случаях речь идет не только о типе или качестве источника света, который инициирует цветение, но и о продолжительности света (за исключением НР). Точнее, это продолжительность отсутствия света в ночное время, которая приводит к цветению, но основана на процессах и метаболитах (Pfr и т. д.), которые были вызваны светом. Важно понимать, что существует множество других процессов, которые играют роль наряду с описанными здесь, включая взаимодействие других генов и гормонов, таких как GA (гиббереллиновая кислота). Свет имеет решающее значение для всей жизни, но особенно - для растительной, где он не только создает "почву" для роста и обмена веществ, но также устанавливает ритмы и циклы повседневной жизни. Свет контролирует критические аспекты выживания и распространения; Он устанавливает темп жизни для всех организмов. Не менее важно, что не всякий свет подходит растению. Для правильной работы растения должны быть доступны верные соотношения света (синий к красному, красный дальний к красному, и так далее). Как и все остальное, растение может получить слишком много хорошего. Однако в конечном счете, хотя свет имеет критически важное значение для растений, он является лишь частью общего уравнения жизни. Благодарим компанию CANNA за помощь в создании материала.