آشنایی با گرایش‌های گیاهی

گیاهان، مانند حیوانات و سایر موجودات، باید با محیط‌زیست متغیر خود سازگار شوند. وقتی شرایط محیطی نامطلوب شود حیوانات می‌توانند از مکانی به مکان دیگر نقل مکان کنند، اما گیاهان قادر به انجام این کار نیستند. از آنجایی که گیاهان نمی‌توانند حرکت کنند، باید راه‌های دیگری برای مدیریت شرایط محیطی نامطلوب پیدا کنند. گرایش‌های گیاهی مکانیسم‌هایی هستند که به وسیله آن‌ها گیاهان با تغییرات محیطی سازگار می‌شوند. این گرایش‌ها شامل رشد به سوی یک محرک یا دور از آن هستند. محرک‌های رایجی که بر رشد گیاه تأثیر می‌گذارند عبارتند از: نور، جاذبه، آب و لمس. گرایش‌های گیاهی با سایر حرکات تحریکی، مانند حرکات تنجشی، تفاوت دارند، زیرا جهت پاسخ به جهت محرک بستگی دارد. حرکات تنجشی، مانند حرکت برگ در گیاهان گوشت‌خوار، با یک محرک آغاز می‌شوند، اما جهت محرک تأثیری در پاسخ ندارد.

گرایش‌های گیاهی نتیجه رشد نابرابر هستند. این نوع رشد زمانی اتفاق می‌افتد که سلول‌های یک ناحیه از اندام گیاهی، مانند ساقه یا ریشه، سریع‌تر از سلول‌های ناحیه مقابل رشد کنند. رشد متفاوت سلول‌ها، رشد اندام (ساقه، ریشه و غیره) را هدایت و جهت رشد کل گیاه را تعیین می‌کند. تصور می‌شود که هورمون‌های گیاهی، مانند اکسین‌ها، به تنظیم رشد نابرابر اندام گیاهی کمک می‌کنند و باعث می‌شوند که گیاه در پاسخ به یک محرک خم شود. رشد در جهت یک محرک به عنوان گرایش مثبت و رشد در خلاف جهت یک محرک به عنوان گرایش منفی شناخته می‌شود. پاسخ‌های رایج گرایشی در گیاهان شامل نورگرایی، زمین‌گرایی، لمس‌گرایی، آب‌گرایی، گرماگرایی و شیمی‌گرایی است.

نورگرایی

نورگرایی رشد جهت‌دار یک موجود زنده در پاسخ به نور است. رشد به سمت نور یا نورگرایی مثبت در بسیاری از گیاهان آوندی مانند نهان‌دانه‌ها، بازدانه‌ها و سرخس‌ها وجود دارد. ساقه‌های این گیاهان نورگرایی مثبت از خود نشان می‌دهند و در جهت منبع نور رشد می‌کنند. گیرنده‌های نوری در سلول‌های گیاهی نور را تشخیص می‌دهند و هورمون‌های گیاهی مانند اکسین‌ها به سمت ساقه که دورتر از منبع نور است هدایت می‌شوند. تجمع اکسین‌ها در سمت سایه‌دار ساقه باعث می‌شود که سلول‌های این ناحیه با سرعت بیشتری نسبت به سلول‌های طرف مقابل افزایش طول پیدا کنند. در نتیجه، ساقه در جهت خلاف اکسین‌های انباشته‌شده و به سمت جهت نور خم می‌شود. ساقه‌ها و برگ‌های گیاه نیز نورگرایی مثبت نشان می‌دهند، اما ریشه‌ها (تحت تأثیر جاذبه زمین) نورگرایی منفی دارند. از آنجایی که اندامک‌های فتوسنتز، معروف به کلروپلاست، بیشتر در برگ‌ها متمرکزاند، دسترسی این ساختارها به نور خورشید بسیار مهم است. در مقابل، کار ریشه‌ها جذب آب و مواد مغذی معدنی است که از زیر زمین به دست می‌آیند. واکنش گیاه به نور برای اطمینان از دستیابی به منابع حفظ حیات است.

آفتاب‌گرایی نوعی نورگرایی است که در آن ساختارهای گیاهی خاصی، معمولاً ساقه‌ها و گل‌ها، مسیر خورشید را از شرق به غرب در حالی که در آسمان حرکت می‌کند، دنبال می‌کنند. برخی از گیاهان آفتاب‌گرا می‌توانند گل‌های خود را در طول شب به سمت شرق برگردانند تا اطمینان حاصل کنند که هنگام طلوع خورشید رو به نور خورشید هستند. این توانایی در ردیابی حرکت نور خورشید در گل‌های جوان آفتابگردان دیده می‌شود. با بالغ شدن، این گل‌ها توانایی آفتاب‌گرایی خود را از دست می‌دهند و در موقعیتی رو به شرق باقی می‌مانند. آفتاب‌گرایی باعث رشد گیاه و افزایش دمای گل‌های رو به شرق می‌شود. به این ترتیب، گیاهان آفتاب‌گرا برای گرده‌افشان‌ها جذاب‌تر می‌شوند.

لمس‌گرایی

لمس‌گرایی رشد گیاه را در پاسخ به لمس یا تماس با یک جسم جامد توصیف می‌کند. لمس‌گرایی مثبت در گياهان بالارونده يا درختان انگور دیده مي‌شود که داراي ساختارهايی تخصصي به نام پيچک هستند. پیچک یک زائده نخ‌مانند است که برای چسبیدن در اطراف ساختارهای جامد استفاده می‌شود. برگ، ساقه یا دمبرگ تغییریافته گیاه ممکن است یک پیچک باشد. رشد پیچک به صورت چرخشی است. نوک آن در جهات مختلف خم می‌شود و مارپیچ‌ها و دایره‌های نامنظمی را تشکیل می‌دهد. حرکت پیچک در حال رشد طوری به نظر می‌رسد که گویی گیاه در جستجوی سطح تماس است. هنگامی که پیچک با جسمی تماس پیدا کند، سلول‌های حسی اپیدرم در سطح پیچک تحریک می‌شوند. این سلول‌ها به پیچک پیغام می‌دهند که دور جسم بپیچد.

پیچش پیچک نتیجه رشد نابرابر است زیرا سلول‌هایی که با محرک تماس ندارند سریع‌تر از سلول‌هایی که با محرک تماس دارند طویل می‌شوند. همانند نورگرایی، اکسین‌ها در رشد نابرابر سلول‌های پیچک نقش دارند. غلظت بیشتری از این هورمون در سمتی از پیچک که با جسم تماس ندارد جمع می‌شود. چسبندگی پیچک، گیاه را به جسم حامی محکم می‌کند. فعالیت گیاهان بالارونده نور بیشتری را برای فتوسنتز فراهم می‌کند و چشم‌انداز گل‌ها را برای گرده‌افشان‌ها افزایش می‌دهد.

در حالی که پیچک‌ها همیشه لمس‌گرایی مثبت نشان می‌دهند، ريشه‌ها ممکن است در مواقعی لمس‌گرایی منفی نشان دهند. ریشه‌ها ضمن گسترش در داخل زمین، اغلب به دور از اجسام زیر زمین رشد می‌کنند. رشد ریشه در درجه اول تحت تأثیر نیروی جاذبه است و ریشه‌ها در زیر زمین و دور از سطوح رشد می‌کنند. هنگامی که ریشه‌ها با جسمی تماس پیدا می‌کنند، اغلب در پاسخ به محرک تماس، جهت رشدِ رو به پایین خود را تغییر می‌دهند. اجتناب از اجسام به ریشه‌ها اجازه می‌دهد تا بدون مانع در خاک رشد کنند و شانس آن‌ها را برای به دست آوردن مواد مغذی افزایش می‌دهد.

زمین‌گرایی

گرانش‌گرایی یا زمین‌گرایی، رشدی در پاسخ به گرانش است. زمین‌گرایی در گیاهان بسیار مهم است زیرا رشد ریشه را به سمت کشش جاذبه (گرانش مثبت) و رشد ساقه را در جهت مخالف (گرانش منفی) هدایت می‌کند. جهت‌گیری ریشه و پاجوش گیاه نسبت به نیروی جاذبه را می‌توان در مراحل جوانه‌زنی نهال مشاهده کرد. جوانه ریشه پس از خروج از بذر، در جهت گرانش به سمت پایین رشد می‌کند. اگر بذر به گونه‌ای چرخانده شود که جوانه ریشه به سمت بالا از خاک خارج شود، ریشه خم می‌شود و به سمت جهت کشش گرانش برمی‌گردد. در مقابل، پاجوش درحال‌رشد برای رشد رو به بالا، برعکس جاذبه جهت می‌گیرید.

کلاهک ریشه چیزی است که نوک ریشه را به سمت کشش جاذبه هدایت می‌کند. تصور می‌شود سلول‌های تخصصی در کلاهک ریشه به نام استاتوسیت‌ها مسئول سنجش گرانش هستند. استاتوسیت‌ها در ساقه گیاهان نیز یافت می‌شوند و حاوی اندامک‌هایی به نام آمیلوپلاست هستند. آمیلوپلاست‌ها به عنوان انبار نشاسته عمل می‌کنند. دانه‌های متراکم نشاسته باعث رسوب آمیلوپلاست‌ها در ریشه گیاهان در پاسخ به جاذبه می‌شوند. رسوب آمیلوپلاست، کلاهک ریشه را وادار می‌کند تا پیام‌هایی را به ناحیه‌ای از ریشه به نام منطقه ازدیاد طول بفرستد. سلول‌ها در منطقه ازدیاد طول مسئول رشد ریشه هستند. فعالیت در این ناحیه منجر به رشد نابرابر و انحنا در ریشه می‌شود که رشد را به سمت جاذبه یعنی به سمت پایین هدایت می‌کند. اگر ریشه به گونه‌ای جابه‌جا شود که جهت استاتوسیت‌ها تغییر کند، آمیلوپلاست‌ها در پایین‌ترین نقطه سلول‌ها مستقر می‌شوند. استاتوسیت‌ها تغییرات در موقعیت آمیلوپلاست‌ها را حس می‌کنند، سپس به منطقه ازدیاد طول در ریشه پیام می‌دهند تا جهت انحنا را تنظیم کند.

اکسین نیز در جهت رشد گیاه در پاسخ به گرانش نقش دارد. تجمع اکسین‌ها در ریشه رشد را کند می‎کند. اگر گیاهی به صورت افقی روی پهلوی خود قرار گیرد و در معرض نور نباشد، اکسین‌ها در سمت پایین ریشه تجمع می‌یابند و در نتیجه‌ی رشد کندتر در آن سمت، انحنای ریشه رو به پایین ایجاد می‌شود. تحت همین شرایط، ساقه گیاه زمین‌گرایی منفی نشان می‌دهد. گرانش باعث تجمع اکسین‌ها در سمت پایین ساقه می‎شود که باعث ازدیاد طول سلول‌های آن سمت با سرعت بیشتری نسبت به سلول‌های طرف مقابل و در نتیجه خم شدن ساقه به سمت بالا می‌شود.

آب‌گرایی

آب‌گرایی، رشد جهت‌دار در پاسخ به غلظت آب است. این گرایش در گیاهان برای محافظت در برابر خشکسالی از طریق آب‌گرایی مثبت و محافظت در برابر اشباع بیش از حد آب از طریق آب‌گرایی منفی است. به ویژه برای گیاهان در زیست‌بوم‌های خشک بسیار مهم است که بتوانند به غلظت آب پاسخ دهند. شیب رطوبت در ریشه گیاه حس می‌شود. سلول‌های ریشه که نزدیک به منبع آب هستند، رشد کندتری نسبت به سلول‌های طرف مقابل دارند. هورمون گیاهی آبسیزیک‌اسید (ABA) نقش مهمی در القای رشد نابرابر در منطقه ازدیاد طول ریشه دارد. این رشد متفاوت باعث رشد ریشه‌ها به سمت جهت آب می‌شود.

قبل از اینکه ریشه گیاه بتواند آب‌گرایی را نشان دهد، باید بر گرانش‌گرایی خود غلبه کند. این بدان معناست که ریشه‌ها باید نسبت به جاذبه کمتر حساس شوند. مطالعات انجام‌شده درباره تعامل بین جاذبه و آب‌گرایی در گیاهان نشان می‌دهد که قرار گرفتن در معرض شیب آب یا کمبود آب می‌تواند باعث شود که ریشه‌ها آب‌گرایی را نسبت به گرانش‌گرایی بیشتر نشان دهند. در این شرایط تعداد آمیلوپلاست‌ها در استاتوسیت‌های ریشه کاهش می‌یابد. تعداد کمتر آمیلوپلاست به این معنی است که ریشه‌ها تحت تأثیر رسوب آمیلوپلاست‌ها نیستند. کاهش آمیلوپلاست‌ها در کلاهک ریشه کمک می‌کند تا ریشه‌ها بر کشش گرانش غلبه کنند و در پاسخ به رطوبت حرکت کنند. ریشه‌ها در خاک آبدار آمیلوپلاست بیشتری در کلاهک ریشه خود دارند و واکنش بسیار بیشتری به جاذبه دارند تا آب.

سایر گرایش‌های گیاهی

دو نوع دیگر از گرایش‌های گیاهی عبارتند از: گرماگرایی و شیمی‌گرایی. گرماگرایی رشد یا حرکت در پاسخ به گرما یا تغییرات دمایی و شیمی‌گرایی رشد در پاسخ به مواد شیمیایی است. ریشه‌های گیاه ممکن است در یک بازه دمایی گرماگرایی مثبت و در بازه دمایی دیگر گرماگرایی منفی نشان دهند.

ریشه‌های گیاه اندام‌های شیمی‌گرایی نیز هستند زیرا ممکن است به حضور برخی مواد شیمیایی در خاک پاسخ مثبت یا منفی نشان دهند. شیمی‌گرایی ریشه به گیاه کمک می‌کند تا به خاک غنی از مواد مغذی برای افزایش رشد و نمو دسترسی پیدا کند. گرده‌افشانی در گیاهان گل‌دار نمونه دیگری از شیمی‌گرایی مثبت است. هنگامی که یک دانه گرده روی ساختار تولیدمثل ماده به نام کلاله فرود می‌آید، دانه گرده جوانه می‌زند و یک لوله گرده تشکیل می‌دهد. با انتشار پیام‌های شیمیایی از تخمدان، رشد لوله گرده به سمت تخمدان هدایت می‌شود.