تنظیم‌کننده های رشد در گیاهان

اوّلین آزمایش

خم شدن گیاهان به سمت نور پدیده‌ای رایج در طبیعت است. چارلز داروین، که به مطالعۀ پدیدۀ حرکت در گیاهان علاقه‌مند بود، همراه با پسرش آزمایش‌هایی را با استفاده از دانه‌رُستِ نوعی گیاه از گندمیان برای بررسی این موضوع طراحی و اجرا کرد. آن‌ها دریافتند دانه‌رُست در صورتی به سمت نور یک‌جانبه (نوری که از یک طرف به گیاه می‌تابد) خم می‌شود که نوک آن در برابر نور باشد. با توجه به خم شدن دانه‌رُست به سمت نور یک‌طرفه، به نظر شما کدام یک از سطوح داخلی یا خارجی آن رشد بیشتری دارد؟

(اعداد به ترتیب از سمت راست تصویر مرتب شده اند)کاری که انجام دادندنتیجه‌ای که حاصل شد
۱قرار دادن دانه‌رست در برابر نور یک‌جانبهخم شدن نوک دانه‌رست به سمت نور
۲گذاشتن پوشش مات روی نوک دانه‌رست و قرار دادن آن در برابر نور یک‌جانبه عدم خم شدن دانه‌رست
۳گذاشتن پوشش شفاف روی نوک دانه‌رست و قرار دادن آن در برابر نور یک‌جانبه خم شدن نوک دانه‌رست به سمت نور
۴گذاشتن پوشش مات روی سطحی پایین‌تر از نوک دانه‌رست و قرار دادن آن در برابر نور یک‌جانبه خم شدن نوک دانه‌رست به سمت نور
۱-در خم شدن دانه‌رست به سمت نور یک‌طرفه، سطح خارجی آن نسبت به سطح داخلی آن رشد بیشتری می‌کند(دقت کنید این رشد از نظر ابعاد است نه با تقسیم سلول).
۲-در رویش دانه‌رست چمن ریشه و ساقه از دو سمت مخالف از دانه بیرون زده‌اند.
۳-داروین نتوانست بفهمد که چه ماده‌ای سبب خم شدن ساقه می‌شود.

بعدها محققان دیگری با انجام آزمایش‌هایی نشان دادند که عامل خم شدن دانه‌رُست به سمت نور، ماده‌ای است که در نوک آن وجود دارد. به شکل زیر توجه کنید! در این آزمایش، نوک دانه‌رُستی را که در نور همه‌جانبه رشد کرده است، بُریده و برای مدتی روی آن قطعه‌ای از آگار قرار داده‌اند. بعد از مدتی این قطعۀ آگار را روی لبه دانه‌رُستی قرار می‌دهند که نوک آن بریده شده؛ همان‌طور که می‌بینید دانه‌رُست خم شده است، در حالی که قرار دادن آگار معمولی روی دانۀ رُستِ بدون نوک، سبب خم شدن آن نمی‌شود.

خم شدن دانه‌رُست به معنای اختلاف اندازۀ یاخته‌های دو طرف آن است. مشاهده‌های میکروسکوپی نیز نشان داد که رشد طولی یاخته‌ها در سمت سایه بیشتر از یاخته‌هایی است که در سمت رو به نور قرار دارند. نور یک‌جانبه باعث جابه‌جایی این ماده از سمت مقابل نور به سمت سایه (دور از نور) می‌شود. در نتیجه، به علت تجمع این ماده در سمت سایه، رشد طولی یاخته‌ها در این سمت بیشتر از سمت رو به نور است و در نتیجه دانه‌رُست خم می‌شود (شکل ۴). رشد جهت‌دار اندام‌های گیاه در پاسخ به نور یک‌جانبه را نورگرایی نامیدند. سرانجام ترکیب شیمیایی این ماده شناسایی و «اکسین»، به معنای «رشد کردن»، نامیده شد. پژوهش‌های بیشتر نشان داد که انواعی از ترکیبات مشابه اکسین در گیاهان متفاوت ساخته می‌شوند که اثرات مشابه دارند؛ بنابراین، نام اکسین‌ها را به این گروه از ترکیبات دادند.

کشف اکسین سرآغازی برای شناسایی ترکیبات دیگری بود که رشد و فعالیت‌های گیاهان را تنظیم می‌کنند. این ترکیبات را تنظیم‌کننده‌های رشد یا هورمون‌های گیاهی نامیدند. انواعی از تنظیم‌کننده‌های رشد در گیاهان تولید می‌شوند. اکسین‌ها، سیتوکینین‌ها، جیبرلین‌ها، اتیلن و آبسیزیک اسید پنج تنظیم‌کنندۀ رشد هستند که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شوید.

محرک‌های رشد

اکسین‌ها، سیتوکینین‌ها و جیبرلین‌ها در فرایندهای رشد مانند تحریک تقسیم یاخته، رشد طولی یاخته‌ها، ایجاد و حفظ اندام‌ها نقش دارند. گرچه این تنظیم‌کننده‌ها را به عنوان محرک رشد می‌شناسیم، اما بر اساس مقدار و محل اثر ممکن است نقش بازدارنده نیز داشته باشند. در ادامه به عملکرد هر یک از این تنظیم‌کننده‌ها می‌پردازیم.

عامل‌های رشد همگی پسوند «ها» دارند، این یعنی به طور مثال چند نوع اکسین وجود دارد.

اکسین‌ها

اکسین با افزایش رشد طولی یاخته‌ها، سبب افزایش طول ساقه می‌شود. اکسین ریشه‌زایی را تحریک می‌کند؛ بنابراین، برای تکثیر رویشی گیاهان با استفاده از قلمه به کار می‌رود. اکسین‌ها را به طور صنعتی می‌سازند و آن‌ها را در مواردی مانند تشکیل میوه‌های بدون دانه و درشت کردن میوه‌ها به کار می‌برند.

بعد از کشف ساختار شیمیایی اکسین‌ها، این ترکیبات به طور مصنوعی ساخته و پژوهش‌هایی برای شناسایی اثر آن‌ها بر گیاهان انجام شد. محققان دریافتند که بعضی از این ترکیبات، گیاهان دو لپه‌ای را از بین می‌برند؛ بنابراین، آن‌ها را برای ساختن سموم کشاورزی به منظور از بین بردن گیاهان خودرو در مزارعی مانند مزرعه گندم، به کار بردند. عامل نارنجی که مخلوطی از اکسین‌ها بود، چنین اثری داشت. ایالات متحدۀ آمریکا در جنگ با ویتنام به مدت ده سال عامل نارنجی را به کار برد.

در نتیجه بخشی از جنگل‌های ویتنام که مخفیگاه مبارزان بود و نیز زمین‌های کشاورزی آن‌ها از بین رفت. تولید عامل نارنجی با اتمام این جنگ، ممنوع شد؛ اما چند دهه طول کشید تا جنگل‌ها احیا شوند. سرطان و تولد نوزادان با نقص‌های مادرزادی از اثرات این ماده بود.

با توجه به اکسین

الف. اکسین چگونه می‌تواند باعث کنترل تقسیم سلول انسانی را به هم بزند؟

پاسخ

این هورمون می‌تواند موجب سرطان شود. در سرطان کنترل تقسیم سلول‌ها به هم می‌خورد.

سیتوکینین‌ها:هورمون جوانی

سیتوکینین‌ها با تحریک تقسیم یاخته‌ای و در نتیجه ایجاد یاخته‌های جدید، پیر شدن اندام‌های هوایی گیاه را به تأخیر می‌اندازند. به همین علت با افشانه کردن سیتوکینین روی برگ و گل‌ها آن‌ها را تازه نگه می‌دارند. سیتوکینین‌ها هورمون ساقه‌زایی نیز نامیده می‌شوند. به کارگیری این هورمون در کشت بافت، سبب ایجاد ساقه از یاخته‌های تمایز نیافته می‌شود.

شاخه و برگ‌های بیشتر: برهم‌کنش دو تنظیم‌کننده

اگر بخواهید گیاهی پر شاخ و برگ‌تر داشته باشید، چه کار می‌کنید؟ احتمالاً سرشاخه‌ها را که محل جوانه‌های رأسی ( انتهایی) هستند، قطع می‌کنید. همانطور که در شکل (ب) می‌بینید با قطع جوانۀ رأسی، جوانه‌های جانبی رشد کرده و شاخ و برگ جدید ایجاد کرده‌اند. به اثر بازدارندگی جوانۀ رأسی بر رشد جوانه‌های جانبی، چیرگی رأسی می‌گویند. با قطع جوانه رأسی مقدار سیتوکینین در جوانه‌های جانبی افزایش و مقدار اکسین آن‌ها کاهش می‌یابد؛ در نتیجه جوانه‌های جانبی رشد می‌کنند. اگر بعد از قطع جوانۀ رأسی، در محل برش، اکسین قرار دهیم؛ جوانه‌های جانبی رشد نمی‌کنند (شکل پ). این آزمایش نشان می‌دهد که اکسین از جوانۀ رأسی به جوانه‌های جانبی می‌رود و مانع از رشد آن‌ها می‌شود.

عامل اصلی رشد جوانه‌های جانبی اکسین است.

فعالیت

قرارگیری کال در محیطی با اکسین کم و سیتوکینی زیاد سبب ساقه‌زایی می‌شود.

قرارگیری کال در محیطی با اکسین زیاد و سیتوکینین کم سبب ریشه‌زایی می‌شود.

جیبرلین‌ها: تلاش برای رفع مشکل

کشف جیبرلین‌ها حاصل تلاش دانشمندان ژاپنی در بررسی نوعی بیماری قارچی بود که دانه‌رُست‌های برنج به آن مبتلا می‌شدند. آلودگی دانه‌رُست‌ها به قارچ جیبرلا سبب می‌شد تا به سرعت رشد کنند. این دانه‌رُست‌ها باریک و دراز بودند و بافت استحکامی کافی نداشتند، در نتیجه خم می‌شدند و روی زمین می‌افتادند.

خم شدن دانه‌رست چمن در نورگرایی به دلیل تجمع اکسین در سایه رخ می‌دهد.

خم شدن دانه‌رست‌های برنج نوعی بیماری‌ست که به علت افزایش جیبرلین‌ها رخ می دهد.

مسلماً چنین بیماری سبب کاهش محصول برنج و در نتیجه زیان‌های فراوان بود. دانشمندان با استخراج و شناسایی ترکیبات به دست آمده از قارچ جیبرلا، توانستند جیبرلین‌ها را شناسایی و معرفی کنند.

پس از آن مشخص شد که جیبرلین‌ها در گیاهان نیز تولید می‌شوند و رشد و فعالیت‌های آن‌ها را کنترل می‌کنند. این تنظیم‌کننده‌های رشد در افزایش طول ساقه از طریق تحریک رشد طولی یاخته و تقسیم آن، رشد میوه و رویش دانه‌ها نقش دارند؛ این هورمون گیاهی را برای تولید میوه‌های بدون دانه و درشت کردن میوه‌ها به کار می‌برند.

جیبرلین‌ها و رویش بذر غلات: رویان غلات در هنگام رویش دانه، مقدار فراوانی جیبرلین می‌سازند. این هورمون بر خارجی‌ترین لایه درون دانه (لایه گلوتن‌دار) اثر می‌گذارد و سبب تولید و رها شدن آنزیم‌های گوارشی در دانه می‌شود. این آنزیم‌ها دیواره یاخته‌ها و ذخایر درون دانه را تجزیه می‌کنند. نشاسته یکی از این ذخایر است که بر اثر آنزیم آمیلاز تجزیه می‌شود.

لپه هم در انتقال جیبرلیک‌اسید از رویان به درون‌دانه و هم در انتقال گلوکز از درون‌دانه به گلوکز نقش دارد.

دقت کنید آخرین لایه دانه لایه گلوتن‌دار نیست بلکه پوسته دانه است.

در بذر غلات(فرض کنید ۲n)

الف. وضعیت کروموزومی سلول ترشح‌کننده جیبرلیک‌اسید چگونه است(n/۲n/۳n)؟

پاسخ

۲n


ب. وضعیت کروموزومی سلول انتقال‌دهنده جیبرلیک‌اسید به سمت سلول هدف چگونه است(n/۲n/۳n)؟

پاسخ

۲n


پ. وضعیت کروموزومی سلول‌های هدف جیبرلیک اسید چگونه است(n/۲n/۳n)؟

پاسخ

۳n

با توجه به جیبرلین

الف. این هورمون چطور با فرایند لقاح ارتباط دارد؟ این ویژگی مانند چه هورمون دیگری‌ست؟

پاسخ

جبیرلین باعث تولید میوه‌های بدون دانه می‌شود و یکی از راه‌های ایجاد میوه‌های بدون دانه جلوگیری از لقاح است. علاوه بر جیبرلین اکسین نیز در تولید میوه‌های بدون دانه نقش دارد.

با توجه به انواع دانه‌رست در کتاب درسی

الف. چه دانه‌رست‌هایی در کتاب درسی وجود دارد؟

پاسخ

دانه‌رست ذرت – دانه‌رست لوبیا – دانه‌رست پیاز – دانه‌رست آلبالو – دانه‌رست چمن – دانه‌رست غلات


ب. از بین این دانه‌ست‌ها ساقه کدام یک به صورت خمیده از خاک خارج می‌شود؟

پاسخ

لوبیا و پیاز

بازدارنده‌های رشد

آبسیزیک اسید و اتیلن دو تنظیم‌کنندۀ رشدند که در فرایندهای متفاوتی مانند مقاومت گیاه در شرایط سخت، رسیدگی میوه‌ها، ریزش برگ و میوه نقش دارند.

آبسیزیک اسید: مقابله با شرایط نامساعد

با فرض اینکه محیط رطوبت کافی برای تأمین آب مورد نیاز برای رشد دانه‌رُست را نداشته باشد، اگر دانه در این شرایط رویش یابد، چه بر سر دانه‌رُست می‌آید؟ اگر گیاه در شرایط خشکی قرار گیرد و روزنه‌ها همچنان باز بمانند چه اتفاقی رخ می‌دهد؟

شرایط نامساعد محیط مانند خشکی، تولید آبسیزیک اسید را در گیاهان تحریک می‌کند. آبسیزیک اسید سبب بسته شدن روزنه‌ها و در نتیجه حفظ آب گیاه و همچنین مانع رویش دانه و رشد جوانه‌ها در شرایط نامساعد می‌شود. به طور کلی این تنظیم‌کننده، رشد گیاهان را در پاسخ به شرایط نامساعد، کاهش می‌دهد.

آبسیزیک‌اسید روی روزنه‌های آبی اثری ندارد.

آبسیزیک اسید اثری مخالف جیبرلین در رویش دانه دارد و باعث خفتگی دانه می‌شود.

آبسیزیک‌اسید با کاهش فشار توروژسانسی باعث بسته شدن روزنه‌ها می‌شود.

با توجه به آبسیزیک‌اسید

الف. این هورمون چگونه باعث ورود یون به سلول‌های عادی روپوست می‌شود؟

پاسخ

آبسیزیک‌اسید باعث بسته شدن روزنه می‌شود. در هنگام بسته شدن روزنه یون‌ها از سلول‌های نگهبان روزنه خارج می‌شود و به سلول‌های اطراف وارد می‌شود.

اتیلن: رسیدن میوه‌ها

شاید شما هم شنیده‌اید که برای رسیدن میوه‌های نارس می‌توانید در پاکت میوه‌ها، یک سیب یا موز رسیده قرار دهید. از میوه رسیده چه چیزی خارج می‌شود که باعث رسیدن میوه‌های نارس می‌شود؟

دانشمندان در پژوهش‌های خود دریافتند که از میوه‌های رسیده اتیلن آزاد می‌شود و مقدار اتیلن با رسیدن میوه افزایش می‌یابد. اتیلن گازی است که از سوخت‌های فسیلی نیز رها می‌شود. سال‌ها قبل از آنکه دانشمندان بدانند گیاهان اتیلن تولید می‌کنند، معلوم شده بود که اتیلن حاصل از سوخت‌های فسیلی باعث ریزش برگ درختان می‌شود.

اتیلن در ریزش میوه نیز نقش دارد. بافت‌های آسیب‌دیده گیاهان نیز اتیلن تولید می‌کنند. گاهی میوه‌ها را نارس می‌چینند و زمانی که می‌خواهند آن‌ها را در بازار پخش کنند، به مدت مشخصی، در محیط اتیلن‌دار قرار می‌دهند تا برسند.

اتیلن در رسیدگی میوه باعث تبدیل کلروپلاست به کروموپلاست می‌شود.

ردپای اتیلن در چیرگی رأسی

اکسین، عامل چیرگی رأسی است و مانع رشد جوانه‌های جانبی در حضور جوانۀ رأسی یا انتهایی می‌شود. اکسینِ جوانۀ رأسی، تولید اتیلن در جوانه‌های جانبی را تحریک می‌کند و در نتیجه با افزایش اتیلن در جوانه‌های جانبی، رشد آن‌ها متوقف می‌شود.

در جوانه‌های جانبی اکسین و اتیلن اثری مثابه دارند.

در جوانه‌های جانبی اکسین و سیتوکینین اثری مخالف هم دارند.

ریزش برگ

برگ هنگامی می‌ریزد که ارتباط آن با شاخه قطع شده باشد. با توجه به شناختیکهاز ساختار یاخته‌ها و بافت‌های گیاهی دارید، آیا می‌توانید تغییراتی را که در ساختار برگ رخ می‌دهد، پیش‌بینی کنید؟

اگر بنا باشد که ارتباط برگ با شاخه قطع شود، باید یاخته‌ها از هم جدا شوند. مشاهدات میکروسکوپی نشان می‌دهد که در قاعده دمبرگ در محل اتصال به شاخه، لایۀ جداکننده تشکیل می‌شود. یاخته‌ها در این منطقه به علت فعالیت آنزیم‌های تجزیه‌کننده از هم جدا می‌شوند و به تدریج از بین می‌روند، در نتیجه برگ از شاخه جدا می‌شود. با چوب پنبه‌ای شدنِ یاخته‌هایی از شاخه که در محل اتصال به دمبرگ قرار دارند، لایۀ محافظی در برابر محیط بیرون ایجاد می‌شود.

مشخص شده است که برگ در پاسخ به افزایش نسبت اتیلن به اکسین، آنزیم‌های تجزیه‌کنندۀ دیواره را تولید می‌کند.

ترتیب اتفاقات برای ریزش برگ:

۱-تشکیل لایه جداکننده در قاعده دمبرگ در محل اتصال به شاخه

۲-افزایش نسبت اتیلن به اکسین در برگ

۳-تولید آنزیم‌های تجزیه‌کننده دیواره سلولی توسط سلول‌های لایه جداکننده

۴-جدا شدن برگ از شاخه

۵-چوب‌پنبه‌ای شدن دیواره سلول‌هایی از شاخه که در محل اتصال به دمبرگ قرار دارد.

۶-تشکیل لایه محافظ در شاخه

ضخامت لایه محافظ از لایه جدا کننده بیشتر است.

خودآزمایی

به سوالات زیر به صورت بله و خیر پاسخ دهید و سپس پاسخنامه را بررسی کنید.

دیدگاه‌ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *