Ответы на сигналы: таксисы одноклеточных и регуляция движений растений
Клетка может переместиться относительно источника сигнала; растение чаще меняет рост или положение органа. На конкретных примерах различим таксис, тропизм и настию и разберём, почему «растение просто тянется к свету» — неполное объяснение.
Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс
Строение и функции организмов
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Раздражимость одноклеточных
- Таксисы
- Реакция растений на сигналы среды
- Тропизмы
- Настии
- Ростовые вещества и их значение
- Ауксины, цитокинины, гиббереллины, абсцизовая кислота и этилен
Как это устроено
У одноклеточного таксис касается движения всей клетки по отношению к направлению сигнала. Если клетка просто ускорилась без доказанного изменения направления, одного этого наблюдения недостаточно, чтобы назвать реакцию таксисом. Положительный и отрицательный знак описывает геометрию движения, не абсолютную ценность сигнала для организма. У разных видов и при разной силе раздражителя ответ может меняться.
Тропизм происходит из неравномерного роста частей органа: при боковом освещении стороны побега могут удлиняться с разной скоростью, поэтому ось побега изгибается. Корень и побег могут по-разному отвечать на распределение ауксинового сигнала; переносить правило для побега на корень без проверки нельзя. Ростовая реакция требует времени и отличается от быстрого перемещения целой одноклеточной клетки.
Настия отличается от тропизма критерием направления. Лист может сложиться после прикосновения или изменить положение в суточном ритме; при этом направление движения задаётся анатомией органа, а не тем, справа или слева коснулись листа. Некоторые быстрые движения зависят от перераспределения воды и тургора, не от роста новых клеток. Поэтому не всякое движение растения — тропизм.
Регуляторы роста не работают как пять отдельных кнопок «включить рост», «выключить рост». Один и тот же гормон имеет разные эффекты в зависимости от ткани, концентрации, стадии развития и сочетания с другими сигналами. Ауксины, цитокинины, гиббереллины, абсцизовая кислота и этилен — удобные учебные группы, но их перечисление не объясняет конкретный опыт. Для вывода нужно назвать наблюдаемый эффект и контролируемый фактор.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Раздражимость
Способность живой системы воспринимать изменение условий и отвечать изменением своей активности или состояния.
Пример: Одноклеточный организм может изменить направление движения после изменения освещения.
- Сигнал
Изменение внешнего или внутреннего условия, которое воспринимается клеткой и может запустить определённый ответ.
Пример: Различие освещённости между сторонами побега становится частью сигнальной цепи.
- Таксис
Направленное перемещение целой подвижной клетки или организма относительно источника воздействия.
Пример: Подвижная одноклеточная водоросль может двигаться к свету при определённых условиях.
- Положительный и отрицательный таксис
Направленное движение соответственно к источнику определённого сигнала или от него; знак не означает «полезный» или «вредный» при любых условиях.
Пример: Движение от слишком яркого света может быть отрицательным фототаксисом.
- Тропизм
Направленная ростовая реакция органа растения, направление которой зависит от направления действия фактора.
Пример: Побег может изгибаться к боковому источнику света — это фототропизм.
- Настия
Движение части растения, направление которого определяется строением органа, а не направлением источника раздражителя.
Пример: Некоторые листья меняют положение при изменении освещения независимо от того, с какой стороны светит лампа.
- Фитогормон, или регулятор роста растения
Органическое сигнальное вещество растения, действующее при малых концентрациях и изменяющее процессы роста, развития либо ответов на среду в зависимости от ткани и контекста.
Пример: Ауксин участвует в ростовых реакциях побега, но его действие зависит от концентрации и вида ткани.
- Ауксины
Группа регуляторов роста растений, участвующих в удлинении клеток, полярности роста и формировании органов.
Пример: При боковом освещении различие ауксиновых сигналов может способствовать неравномерному росту побега.
- Цитокинины
Группа растительных регуляторов, участвующих в делении клеток и развитии органов в сочетании с другими сигналами.
Пример: Соотношение цитокинина и ауксина влияет на развитие побегов и корней в культуре тканей.
- Гиббереллины
Группа регуляторов, участвующих, среди прочего, в удлинении побега и прорастании семян у многих растений.
Пример: При прорастании зерновки гиббереллиновый сигнал связан с мобилизацией запасов.
- Абсцизовая кислота
Растительный регулятор, участвующий в ответах на водный дефицит и некоторых состояниях покоя.
Пример: При недостатке воды её сигнальные пути помогают регулировать замыкание устьиц.
- Этилен
Газообразный растительный гормон, связанный с рядом процессов развития и стрессовых ответов.
Пример: Этилен участвует в созревании многих плодов, но скорость и роль отличаются у разных видов.
Пример по шагам
Проросток изгибается к лампе, а одноклеточная водоросль подплывает к лампе. Почему это разные типы ответа?
- У проростка меняется направление роста части многоклеточного организма: это фототропизм.
- У водоросли перемещается вся клетка относительно источника света: это фототаксис, если направление действительно подтверждено.
- Обе реакции зависят от света, но механизмы и объект движения различаются.
Вывод: Общий раздражитель не означает одинаковый механизм ответа.
Практическая работа
Безопасное наблюдение ростовой реакции
- Разместите одинаковые проростки при рассеянном и боковом освещении без перегрева и измерьте ориентацию побега на фотографиях за несколько дней.
- Отделите наблюдение изгиба от гипотезы о распределении ауксина: гормон в таком опыте непосредственно не измеряется.
- Сравните с видео подвижных одноклеточных, отмечая, движется целый организм или часть растения.
Что можно заключить: Наблюдение формы ответа позволяет различать тропизм и таксис, но не является прямым измерением концентрации гормонов.
Безопасность: Не используйте ультрафиолетовые лампы, токсичные реагенты и неизвестные культуры микроорганизмов.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.