Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

30.18: Рослинні сенсорні системи та відповіді - Фітохромна система та реакція на червоне світло

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5226

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Поясніть реакцію системи фітохрому на червоне/далеко-червоне світло

    Фітохроми являють собою сімейство хромопротеїнів з лінійним тетрапірольним хромофором, подібним до кільцевої тетрапірольної світлопоглинаючої головної групи хлорофілу. Фітохроми мають дві фото-взаємоконвертовані форми: Pr і Pfr. Pr поглинає червоне світло (~ 667 нм) і відразу перетворюється на Pfr. Pfr поглинає далеко червоне світло (~ 730 нм) і швидко перетворюється назад в Pr. Поглинання червоного або далеко-червоного світла викликає масову зміну форми хромофора, змінюючи конформацію та активність білка фітохрому, до якого він пов'язаний. Pfr - фізіологічно-активна форма білка; вплив червоного світла дає фізіологічну активність у рослини. Вплив далеко червоного світла перетворює Pfr в неактивну форму Pr, пригнічуючи активність фітохрому. У сукупності дві форми представляють фітохромну систему.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Фітохромна система: Біологічно-неактивна форма фітохрому (Pr) перетворюється в біологічно активну форму Pfr при освітленні червоним світлом. Далеко-червоне світло і темрява перетворюють молекулу назад в неактивну форму.

    Фітохромна система виконує роль біологічного вимикача світла. Він стежить за рівнем, інтенсивністю, тривалістю та кольором освітлення навколишнього середовища. Ефект червоного світла оборотний, негайно сяючи далеко червоне світло на зразок, який перетворює хромопротеїн в неактивну форму Pr. Крім того, Pfr може повільно повернутися до Pr в темряві або з часом руйнуватися. У всіх випадках фізіологічна реакція, викликана червоним світлом, зворотна. Активна форма фітохрому (Pfr) може безпосередньо активувати інші молекули в цитоплазмі, або він може передаватися в ядро, де безпосередньо активує або пригнічує специфічну експресію генів.

    Фітохромна система і зростання

    Рослини використовують систему фітохрому, щоб рости подалі від тіні та до світла. Нефільтроване повне сонячне світло містить набагато більше червоного світла, ніж далеко-червоне світло. Будь-яка рослина в тіні іншої рослини буде піддаватися червоному виснаженому, далеко збагаченому червоним світлом, оскільки інша рослина поглинула більшу частину іншого червоного світла. Вплив червоного світла перетворює фітохром в затінених листках в Pr (неактивну) форму, що уповільнює зростання. Листя при повному сонячному світлі піддаються червоному світлу і активовані Pfr, що індукує ріст до освітлених сонцем ділянок. Оскільки конкуренція за світло настільки жорстка в щільному рослинному співтоваристві, ті рослини, які могли б рости до світла найшвидше та ефективніше, стали найуспішнішими.

    Фітохромна система в насінні

    У насінні система фітохрому використовується для визначення наявності або відсутності світла, а не якості. Це особливо важливо у видів з дуже дрібним насінням і, отже, запасами їжі. Наприклад, якщо саджанці салату проросли на сантиметр під поверхнею грунту, саджанець вичерпає свої харчові ресурси і загине, не дійшовши на поверхню. Насіння проросте лише при попаданні світла на поверхню ґрунту, внаслідок чого Pr перетворюється на Pfr, що сигналізує про початок проростання. У темряві фітохром знаходиться в неактивній формі Pr, тому насіння не проросте.

    Фотоперіодизм

    Рослини також використовують фітохромну систему для коригування росту відповідно до сезонів. Фотоперіодизм - це біологічна реакція на терміни і тривалість темних і світлих періодів. Оскільки нефільтроване сонячне світло багате червоним світлом, але дефіцит далеко-червоного світла, на світанку всі молекули фітохрому в листі перетворюються в активну форму Pfr і залишаються в такому вигляді до заходу сонця. Оскільки Pfr повертається до Pr під час темряви, на сході сонця не залишиться Pfr, якщо ніч довга (зима), а деякий Pfr залишається, якщо ніч коротка (літо). Кількість присутніх Pfr стимулює цвітіння, зав'язування зимових бруньок та вегетативний ріст відповідно до сезонів.

    Крім того, система фітохрому дозволяє рослинам порівнювати тривалість темних періодів протягом декількох днів. Вкорочення ночі вказують на весняний час рослини; подовження ночі вказують на осінь. Ця інформація, поряд з зондуванням температури і доступності води, дозволяє рослинам визначати пору року і відповідно коригувати свою фізіологію. Короткоденні (довгонічні) рослини використовують цю інформацію для цвітіння наприкінці літа та на початку осені, коли ночі перевищують критичну довжину (часто вісім або менше годин). Довгоденні (коротконічні) рослини цвітуть навесні, коли темрява менше критичної довжини (часто від 8 до 15 годин). Однак нейтральні за день рослини не регулюють цвітіння по довжині дня. Не всі рослини використовують систему фіотохрому для коригування своїх фізіологічних реакцій на пори року.

    Ключові моменти

    • Вплив червоного світла перетворює хромопротеїн в функціональну, активну форму (Pfr), тоді як темрява або вплив далеко червоного світла перетворює хромофор в неактивну форму (Pr).
    • Рослини ростуть до сонячного світла, оскільки червоне світло від сонця перетворює хромопротеїн в активну форму (Pfr), що запускає ріст рослин; рослини в тіні уповільнюють ріст, оскільки виробляється неактивна форма (Pr).
    • Якщо насіння відчувають світло за допомогою системи фітохрому, вони проростуть.
    • Рослини регулюють фотоперіодизм шляхом вимірювання співвідношення Pfr/Pr на світанку, що потім стимулює фізіологічні процеси, такі як цвітіння, встановлення зимових бруньок та вегетативний ріст.

    Ключові умови

    • фітохром: будь-який з класу пігментів, які контролюють більшість фотоморфогенних реакцій у вищих рослин
    • хромофор: група атомів в молекулі, в якій розташований електронний перехід, відповідальний за задану спектральну смугу
    • фотоперіодизм: ріст, розвиток та інші реакції рослин і тварин відповідно до тривалості дня та/або ночі