Растения двигаются за солнцем

Гелиотропизм растений

явления роста и движения растительных органов, обуславливаемые односторонним освещением. Громадное большинство растущих стеблей наклоняются вершиной к свету — обнаруживают, как говорят, положительный гелиотропизм. Наиболее чувствительными и способными к Г. оказались этиолированные (выращенные в темноте) ростки Vicia sativa. Наклоняясь в сторону сильнее освещенную, они обнаруживают даже ту ничтожную разницу в силе двух световых источников, которая не может уже быть обнаружена при помощи фотометра Бунзена. Менее гелиотропен Lepidium sativum, еще менее — этиолированные побеги Salix alba. У растений открытых солнечных местностей, например у Cichorium Intybus, Verbena officinalis, Achillea Millefolium и др. Г. обычно крайне слабо выражен. Если же культивировать эти растения в тени, то и они изгибаются к свету. Наконец стебли Cuscuta и Verbascum совершенно не обнаруживают явлений Г.; они ангелиотропны. Гелиотропическое наклонение стебля совершается до тех пор, пока стебель не расположится по направлению падающих лучей.

В обыкновенных, однако, природных условиях вследствие антагонистического влияния отрицательного геотропизма, стремящегося выпрямить стебель, столь сильного наклонения не происходит. Для точных наблюдений геотропизм должен быть устранен при помощи клиностата (см. Геотропизм). Явления отклонения растительных органов от света называют отрицательным гелиотропизмом. Отрицательный гелиотропизм сравнительно редок. Он свойствен стеблям плюща (Hedera), подсемядольному колену омелы (Viscum album), усикам и прицепкам лазящих растений (Vitis, Ampelopsis), многим воздушным корням (орхидных, лилейных, бромелиевых и т. д.) и некоторым подземным (напр. корням ростков горчицы, Sinapis alba, культивируемых в воде). Положительный Г. встречается также и у цветов; особенно у многих сложноцветных (Tragopogon orientale, major; Sonchus arvensis; Hieracium Pilosella и др.). Ночью цветы стоят вертикально; утренняя заря наклоняет их к востоку навстречу солнцу; в течение дня, следя за солнцем, они поворачиваются от востока к западу и после солнечного заката снова выпрямляются. Под влиянием Г. листья повертываются в сторону наибольшего освещения, стараясь поставить свой отгиб перпендикулярно к падающих лучам. Такой Г. называется поперечным (диагелиотропизм) в противоположность вертикальному Г. (ортогелиотропизм) стеблей и корней. Среди низших растений вполне ясный положительный Г. найден у плесневых грибов (Mucoraceae): их длинные одноклетные плодоносцы сильно наклоняются к свету. Кроме солнца, и другие источники света (электрический фонарь, керосиновая лампа) могут вызвать гелиотропические изгибы, так что правильнее эти явления называть фототропизмом. Наибольшее действие производит свет средней напряженности.

Фиг. 2. Гелиотропический изгиб растения к свету. Растение находится в темном ящике; b — сосуд с цвет ною жидкостью, стрелки показывают направление падающих лучей. Слабый свет действует недостаточно интенсивно; при очень сильном — растение как бы пронизывается насквозь светом и значительной разницы в освещении двух противоположных сторон растения, от которой в сущности и зависит образование гелиотропического изгиба, не получается (поэтому у растений открытых солнечных местностей явления Г. и незаметны). Всего энергичнее действуют фиолетовые и ультрафиолетовые лучи, по направлению от них к желтым гелиотропическая сила света уменьшается, в желтых она равна нулю, от оранжевых к ультракрасным она снова повышается. Иначе говоря, наисильнейшие гелиотропические изгибы происходят в фиолетовом свете, а в желтом растения не образуют изгибов и растут прямо, как в темноте. Подобно геотропизму, и Г. — явление роста. Изгибы происходят только в области растущего участка (зоны) и обуславливаются неодинаковым ростом в длину двух противоположных сторон органа: при положительном Г., напр., растет сильнее затемненная сторона. Положительный Г. приводит стебли и листья в положение наиболее благоприятное для роста и питания; отрицательный — отклоняет прицепки и воздушные корни от света и прижимает их к стене, стволу дерева и т. п. местам, где они могут прикрепиться. См. Wiesner «Die heliotropischen Erscheinungen im Pflanzenreiche» («Denkschriflen der K. Akademie der Wissenschaften zu Wien», 1878-80). Остальная специальная литература и подробности см. Sachs «Vorlesungen über Pflanzenphysiologie» (1887); Van-Tieghem «Traité de Botanique» (1-й т., П., 1891); Фаминцын «Учебник физиологии растений» (1887); Палладин «Физиология растений» (1891); Ротерт «Курс физиологии растений» (Казань, 1891).

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .

Источник

Ученые объяснили механизм и предназначение поворотов подсолнечника за Солнцем

Американские ученые выяснили, какие механизмы отвечают за ориентацию масличного подсолнечника (Helianthus annuus) на Солнце и какое эволюционное значение это имеет. Оказалось, что способность поворачиваться под действием солнечного света (гелиотропизм) связана с согласованной работой светочувствительных механизмов и циркадианных ритмов растения. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Молодые подсолнечники в течение светового дня поворачиваются вслед за Солнцем с востока на запад, а ночью — обратно, чтобы с утра снова встречать солнечный свет. Расцветшие растения прекращают это движение и всегда обращены на восток. Чтобы понять, за счет чего это происходит, сотрудники Университетов Калифорнии и Виргинии провели ряд экспериментов в поле и закрытом помещении.

На первом этапе работы они искусственно фиксировали часть подопытных подсолнечников, не давая им следовать за Солнцем. Общая биомасса и площадь листьев таких растений оказалась в среднем на 10 процентов меньше, чем у росших без ограничений. Таким образом, поворот за Солнцем необходим молодым растениям для более интенсивного роста.

Обратный поворот на восток в течение ночи указывает на то, что в этом процессе задействованы механизмы регуляции циркадных ритмов. Ученые подтвердили это, внося подсолнечники с поля в помещение с постоянным освещением (растения еще несколько суток продолжали вращение) и навязывая им искусственный 30-часовой цикл освещения (ритм поворотов растений сбивался, возвращаясь к норме при 24-часовом цикле).

У подсолнечника нет листовых подушечек — специальных двигательных органов, которые обеспечивают гелиотропизм у некоторых видов растений. Учитывая то, что амплитуда движений подсолнечника убывает по мере роста вплоть до полного отсутствия у зрелых растений, ученые предположили, что повороты подсолнечника за Солнцем обеспечивает неравномерное удлинение стебля в течение суток. Эксперименты с растениями, лишенными гормона роста гиббереллина, а также изучение активности генов в западной и восточной сторонах стебля подтвердило эту гипотезу. Причем оказалось, что рост западной стороны стебля, более интенсивный ночью, происходит «по умолчанию», а необходимый днем рост восточной — регулируется светочувствительными механизмами (в частности перераспределением гормона ауксина под действием фототропинов).

Когда подсолнечник прекращает расти и зацветает, циркадианные и светочувствительные механизмы утрачивают свое значение, оставляя растение ориентированным на восток. Разворачивая часть подопытных подсолнечников к западу, ученые убедились, что такими растениями, в отличие от повернутых на восток, практически не интересуются насекомые-опылители. Круглосуточная регистрация температуры показала, что ориентированные на восток цветы значительно лучше и быстрее прогреваются, привлекая насекомых. Когда повернутые к западу цветы нагревали искусственно, интерес опылителей к ним возвращался.

Таким образом, повороты молодых подсолнечников за Солнцем обеспечены совместной работой циркадианных и светочувствительных механизмов, они служат для интенсивного набора биомассы. Ориентация взрослых растений на восток необходима для их прогревания, которое привлекает насекомых-опылителей.

Источник

Биологи разгадали, почему подсолнухи смотрят на солнце

Подсолнухи — очаровательные частички природы, которые позволяют нам воочию убедиться, что растения — вовсе не статичные существа. Эти особые цветы на самом деле следуют за солнцем с момента, когда оно восходит на востоке, и до самого его заката на западе. Но почему это происходит? Неужели подсолнухи способны видеть или чувствовать, где находится солнце на небе? Да, и тому есть научное объяснение.

Всему «виной» гелиотропизм

Гелиотропизм — это способность растений следить за солнцем. В основном она наблюдается у молодых цветочных головок и прекращается, когда цветок созревает и наполняется семенами. Именно захватывающее явление цветов, следующих за солнцем в небе, называется гелиотропизмом.

Впервые это явление описал еще Леонардо да Винчи, проводя свои ботанические опыты. Но научно термин был доказан и введен в обиход в начале XIX века Огюстеном Декандолем-старшим. Именно он связал это слово с движением верхушки стебля в сторону солнца. Гелиотропными являются, по сути, все растения. Но у подсолнуха это выражено наиболее ярко.

Как и у людей, у растений тоже есть внутренние биологические часы, так называемые циркадные ритмы. Циркадный ритм человека вызывает несколько физиологических и химических изменений в организме. Точно так же ритм растений позволяет реагировать на изменения примерно в 24-часовых циклах.

Как подсолнухи «видят» солнце

Еще перед появлением солнца на небосклоне молодой подсолнух смотрит на восток. Когда солнце движется с востока на запад, цветок тоже поворачивает на запад. С заходом солнца цветок возвращается в исходное положение на восток, чтобы начать цикл со следующего дня. Можно заметить, как под воздействием света цветок раскрывается, распрямляет лепестки, а стебель вытягивается.

Удивительно, как слаженно действуют эти растения. Как они понимают, какое положение занять перед очередным рассветом? Согласно статье, опубликованной в журнале Science в 2016 году, подсолнухи проявляют этот тип гелиотропизма, потому что их стебли удлиняются по-разному в разное время дня.

Именно это наблюдали ученые в ходе своего исследования. Когда солнце начинает двигаться по небу с востока на запад, восточная сторона стебля подсолнуха растет быстрее, чем западная. Из-за этого неравномерного роста с обеих сторон цветок имеет тенденцию наклоняться к солнцу. Точно так же, когда солнце наконец садится, рост на западной стороне стебля становится больше, чем на восточной.

Подсолнуху необходимо «смотреть» на солнце

Исследователи пробовали привязывать стебель подсолнуха к прочной опоре, чтобы растение не могло двигаться в зависимости от положения солнца. В некоторых случаях они отворачивали растение от света. В результате исследователи заметили, что у этих растений уменьшилась биомасса и площадь листьев, чем у нетронутых.

Реакцию растений подсолнечника на свет также тестировали в условиях искусственного освещения. Согласно статье, опубликованной в журнале Science, было отмечено, что растения «могли надежно отслеживать движение солнца и возвращаться ночью, когда искусственный день был близок к 24-часовому циклу, но не когда он был ближе к тридцати часам».

Зрелый подсолнух уже не следит за солнцем

По мере взросления растение ведет себя по-разному. Поскольку общий рост подсолнуха постепенно замедляется, циркадный ритм обеспечивает более сильную реакцию растения на солнечный свет рано утром, чем днем или вечером. Вот почему зрелый подсолнух в течение дня не движется вместе с солнцем, он просто «смотрит» на восток.

Эта характеристика гелиотропизма в основном проявляется у молодых цветочных головок, потому что молодые цветы имеют зеленые прицветники, которые в основном выглядят как грива. У растения также есть листья чуть ниже цветка, обращенные к солнцу. Очевидной причиной того, что цветок следует за солнцем на этой стадии, является максимизация фотосинтеза.

Другие причины, зачем цветку поворачиваться к солнцу

Каждое растение подсолнуха имеет только один цветок на своем стебле. Поэтому при опылении единственное средство размножения растения должно быть замечено опылителями (главным образом насекомыми). Постоянная ориентация на восток также помогает цветам быстро нагреваться.

Это дает им преимущество в опылении, так как теплые цветы привлекают насекомых. Поэтому в интересах растения цветок всегда обращен к солнцу и всегда хорошо виден этим важным опылителям. Когда исследователи сравнили зрелые цветы, повернутые на восток, с цветами, повернутыми на запад, они сделали замечательное наблюдение.

Цветы, обращенные на восток, привлекали в пять раз больше насекомых-опылителей, чем цветы, обращенные на запад. Подсолнечник имеет явное преимущество с точки зрения воспроизводства в том случае, если он обращен к солнцу. Хотя было бы забавно, если бы эти красивые цветы нуждались в загаре. Но перспектива фотосинтеза и восприятия опылителей имеет немного больше смысла.

Источник