Житейское наблюдение разрешает нам принимать какие-то вещи должными, привычными, неоспоримыми. Именно поэтому обычно мы не задаемся вопросом: “А почему так происходит?” Мы с детства знаем, что стволы большинства деревьев растут вертикально вверх, а их корни — вертикально вниз. Но почему? Что именно заставляет деревья расти в двух направлениях? Почему главный корень и главный стебель растут вертикально, а остальные корни и ветви разрастаются в стороны? И как тогда объяснить рост стелющихся растений?
Что такое геотропизм?
Причина способности растений всегда расти стеблем вверх, а корнями вниз — земное притяжение, или сила тяжести. Однако понятия “вверх” и “вниз” в физике довольно относительны. Поэтому верно говорить, что подземная и надземная части растений растут по направлению земного радиуса. И такую способность растений принимать определенное положение относительно центра Земли называют геотропизмом, или гравитропизмом.
У одного и того же растения одновременно проявляется положительный и отрицательный геотропизм. Движение корня вниз, по направлению земного притяжения именуется положительным геотропизмом, а движение стебля вверх, от центра Земли — отрицательным геотропизмом. Положительный геотропизм позволяет корню закреплять растение и проникать всё глубже в почву в поисках запасов пищи. А отрицательный геотропизм поднимает стебель к воздушной пище.
При этом боковые ветви и корни, растущие под углом к главной оси, проявляют относительно слабый геотропизм. В то же время ветви и корни более низкого порядка (2-го, 3-го и т.д.) совсем не проявляют геотропизма и растут в различных направлениях.
В отличие от вертикального роста (ортогеотропизма) главного стебля и главного корня, у многих растений корневища, усы и ветви располагаются в горизонтальной плоскости и при перемещении всегда стремятся к ней вернуться. Такой геотропизм называется поперечным, или диагеотропизмом, или плагиотропизмом. Геотропическая реакция также может меняться из-за внешних факторов, например, побеги альпийских или полярных растений прижимаются к земле из-за низких температур.
Наука до сих пор точно не знает, как именно реализуется геотропизм. Но одной из самых популярных гипотез, объясняющих вертикальный рост, считается осаждение крахмала на нитях белка актина, который формирует цитоскелет клетки и вызывает каскад реакций, приводящих факторы роста растений (ауксины) к распределению по градиенту параллельно прямой, соединяющей растение и центр земного шара.
Геотропические изгибы стеблей и корней
Геотропизм и стремление к пище помогает растущим растениям, которые из-за внешних воздействий оказались в горизонтальном положении, загнуть конец корня вниз, а конец стебля — вверх. Так растение снова оказывается правильно ориентированным. При этом изгибы происходят только в растущих областях растений; участки, которые перестали расти, уже не будут изгибаться. Например, злаки вновь занимают вертикальное положение после ветра или дождя.
В случае геотропического изгиба стебля его верхняя сторона растет активнее, чем нижняя, что естественно, заметно наблюдателю и понятно. Форма такого изгиба похожа на пологую дугу, а у злаков — на сломанную линию, потому что изгиб образуется на месте узла.
В случае геотропического изгиба корня — наоборот: изгиб его верхней части довольно пассивен, а форма изгиба крутая. И ранее считалось, что верхушка корня склоняется вниз лишь из-за собственной тяжести. Однако эксперимент Юлиуса Сакса показал, что такое суждение неверно. Биолог наливал воду на поверхность ртути и потом закреплял проростки бобов так, чтобы корень лежал горизонтально в слое воды. Положительный геотропизм делал свое дело, и верхушка корня изгибалась и вонзалась в ртуть, несмотря на большую разницу (почти в 13,5 раз) удельных весов ртути и вершины корня.
Опыты Томаса Найта
Широкое обсуждение причины, по которой корень растет к центру земли, а стебель — от него, шло еще в конце XVIII века. Среди прочих называли и силу тяжести. Для проверки этой гипотезы Томас Найт поставил несколько опытов в 1806 году. В то же время появилась его работа “О направлении молодых корней и молодого стебля при прорастании”.
Английский ботаник для доказательства обсуждаемого предположения решил исключить воздействие силы тяжести на направление роста растения. Для этого необходимо было непрерывно изменять положение прорастающего семени. Найт закрепил открытые в две стороны сосуды с влажным мхом на ободе большого колеса, которое вращалось вертикально со скоростью 150 оборотов в минуту (рис. 1). Таким образом сила тяжести усреднилась, но создалась центробежная сила. В мох ученый посадил семена фасоли, и, когда они проросли, обнаружил, что корни направились от центра колеса, а стебли — к центру. То есть в этом эксперименте центробежная сила выступила в роли “силы тяжести”.
Во втором опыте (рис. 2) исследователь снова использовал колесо, но оно уже вращалось в горизонтальной плоскости. Так действие центробежной силы и силы тяжести было скомбинировано. Сосуды с мхом и семенами были также открыты с двух сторон и расположены по окружности колеса. При малой скорости вращения прорастание семян было почти таким же, как и без вращения: корни росли вертикально вниз, стебли — вверх. При средней скорости (80 оборотов в минуту): корни росли от оси колеса вниз под углом 45°, а стебли — в противоположном направлении. При большой скорости (250 оборотов в минуту): корни и стебли заняли практически горизонтальное положение, при котором стебли тянулись к центру колеса, а корни — от него. То есть центробежная сила преобладала над силой тяжести.
Эти опыты доказали, что на положительный и отрицательный геотропизм воздействуют не внутренние свойства растения, а внешние причины. Томас Найт также признавал и доказывал влияние источника влаги на направление и рост корней, то есть гидротропизм. Но прочие виды тропизмов — направлений роста растений относительно раздражителя (химического, светового, температурного и др.) — как говорится, совсем другая история и отдельная тема разговора.
👇 Подписывайтесь на наш канал и тогда вы будете в курсе последних эконовостей в России и мире.
❓ Оставляйте свои вопросы в комментариях, с удовольствием на них ответим!
