Rośliny są sprytniejsze niż można sobie wyobrazić
Poznanie w jaki sposób rośliny reagują na zmienne warunki środowiska naturalnego jest niezwykle ciekawe i bardzo oczekiwane.
Według naukowców, mechanizmy umożliwiające roślinom odbiór i przetworzenie sygnałów indukowanych przez docierające do nich bodźce środowiskowe, decydują o możliwości adaptacji i przetrwania tych organizmów w niesprzyjających warunkach, jak również mają wpływ na plonowanie roślin uprawnych.
Jednym z wszechobecnych czynników środowiskowych, towarzyszącym roślinie w trakcie całego cyklu życiowego jest światło. Często bywa tak, że zarówno rośliny dziko rosnące, jak i uprawne, żyją w środowisku o nieoptymalnych dla ich wzrostu parametrach świetlnych.
Dlaczego nasiona śpią?
Co ciekawe, nawet sąsiedztwo rozwijających się roślin tego samego lub innego gatunku może długotrwale ograniczać dostęp promieni słonecznych, powodując powstawanie zacienienia.
W konsekwencji sytuacje takie mogą prowadzić do poważnych zaburzeń procesów zachodzących w roślinach, przyczyniając się do obniżenia ilości i/lub jakości plonu. Na przykład, wykazano, że u jabłoni ograniczenie natężenia światła poniżej 30 proc. bezpośredniego promieniowania słonecznego negatywnie wpływa na zawiązywanie pąków kwiatowych i wybarwianie się owoców.
Światło ma także istotne znaczenie w rozwoju i dojrzewaniu nasion, determinuje wiele ich późniejszych cech, takich jak odporność na desykację, zawartość substancji zapasowych czy zdolność kiełkowania. Ponadto wiadomo, że kiełkowanie nasion o stosunkowo niewielkich rozmiarach charakterystycznych, np. dla sałaty oraz gatunków z rodziny kapustowatych, w dużej mierze zależy od dostępu światła.
To w jaki sposób nasiona reagują na sygnał świetlny jest cechą specyficzną dla danego gatunku. Istnieje jednak swego rodzaju zależność, że światło stymuluje kiełkowanie nasion małych, natomiast hamuje bądź nie wywiera wpływu na nasiona większe.
Centra technologiczne firm nasiennych
Proces fizjologiczny zachodzący w zielonych organach roślin, w trakcie którego energia świetlna jest przekształcana w energię chemiczną związaną w wysokoenergetycznych związkach chemicznych (tj. glukozie) nazywamy fotosyntezą. Związki organiczne wytworzone podczas fotosyntezy są magazynowane lub wykorzystywane przez rośliny w procesach wzrostowych i rozwojowych.
Na intensywność procesu fotosyntezy wpływa wiele czynników wewnętrznych (zawartości barwników asymilacyjnych, budowa liści, itp.) i zewnętrznych (dostępność wody, temperatura, natężenie światła, itp.).
Co ciekawe, rośliny posiadają zdolność zwiększania i/lub obniżania (dostosowania) intensywności fotosyntezy do panujących warunków, aczkolwiek należy zaznaczyć, że te adaptacyjne zmiany zachodzą raczej dość powoli.
Intensywność fotosyntezy zależy zarówno od barwy, jak i intensywności światła oraz od gatunku rośliny. Gatunki cieniolubne, np. zasiedlające runo leśne, największą wydajność fotosyntezy osiągają już przy 1/10 intensywności pełnego światła słonecznego. Natomiast rośliny światłolubne, np. zboża, rosną najlepiej przy intensywnym oświetleniu.
Wszelkie perturbacje w odbiorze bodźca świetlnego mają negatywny wpływ na wydajność fotosyntezy a tym samym obniżają ilość wytworzonych i zmagazynowanych substancji zapasowych (np. skrobi w ziarniakach zbóż). Ostatecznie, ma to negatywny wpływ na uzyskanie odpowiedniej jakości plonu.
Co łączy trawnik do gry w golfa z chorobą Alzheimera i cukrzycą?
Należy jednak pamiętać, że zbyt silne światło hamuje fotosyntezę poprzez inaktywację i uszkodzenie cząsteczek istotnych dla przebiegu tego procesu, a w konsekwencji także prowadzi do zaburzenia funkcjonowania i śmierci całego organizmu roślinnego.
Za odbiór światła w komórkach roślinnych odpowiedzialne są wyspecjalizowane białka receptorowe, takie jak fitochromy i kryptochromy. Stanowią one pierwsze ogniwo przesyłania sygnału świetlnego, podczas gdy kolejne elementy utworzone są przez różnego rodzaju białkowe przekaźniki i regulatory.
Wykazano, że sygnał generowany przez światło wpływa na ścieżki sygnałowe indukowane przez inne czynniki (np. wytwarzane w komórkach roślinnych hormony) i wykazuje bardzo złożony mechanizm działania.
Odkrycia dotyczące tego w jaki sposób rośliny zaadaptowały się do efektywnego wykorzystania światła, jak i poznania roli światła w regulacji procesów zachodzących w komórkach roślinnych, mogą mieć istotne znaczenie dla rozwoju rolnictwa. Zrozumienie jak funkcjonują białka będące elementami tej skomplikowanej sieci oddziaływań może być kluczem do manipulowania różnymi procesami, np. fotosyntezą czy kiełkowaniem, a w efekcie przyczyniając się do zwiększenia wydajności produkcji roślinnej.
Prace badawcze w tym zakresie są wysoce pożądane w celu wytworzenia wysokiej jakości nasion, charakteryzujących się wysokim wigorem, zdolnych do kiełkowania w zmiennych i często niesprzyjających warunkach środowiska.
***
Dr Krystyna Oracz jako lider zespołu badawczego SeedExplorerGroup (www.seedexplorer.eu) w Katedrze Fizjologii Roślin na Wydziale Rolnictwa i Biologii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, wraz ze swoimi podopiecznymi bada m.in. rolę genów kodujących białka uczestniczące w szlaku sygnałowym światła i hormonów roślinnych w kiełkowaniu nasion.
Prace eksperymentalne prowadzone w zespole badawczym SeedExplorerGroup finansowane są przez granty naukowe Narodowego Centrum Nauki (SONATA2 UMO-2011/03/D/NZ9/04059) oraz Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej (HOMING PLUS/2012-5/10).
