Il geotropismo è l'influenza della gravità sul movimento delle piante. Il geotropismo deriva dalle parole "geo" che significa terra e "tropismo" che significa movimento causato da uno stimolo (Öpik & Rolfe, 2005).
In questo caso lo stimolo è la gravità e ciò che si muove è la pianta. Poiché lo stimolo è la gravità, questo processo è noto anche come gravitropismo (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Per molti anni questo fenomeno ha destato la curiosità degli scienziati, che hanno studiato come si verifica questo movimento nelle piante. Molti studi hanno dimostrato che diverse aree della pianta crescono in direzioni opposte (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
È stato osservato che la forza di gravità gioca un ruolo fondamentale nell'orientamento delle parti di una pianta: la parte superiore, formata dal fusto e dalle foglie, cresce verso l'alto (gravitropismo negativo), mentre la parte inferiore è costituita dal radici, cresce verso il basso nella direzione della gravità (gravitropismo positivo) (Hangarter, 1997).
Questi movimenti mediati dalla gravità assicurano che le piante svolgano correttamente le loro funzioni.
La parte superiore è orientata verso la luce solare per effettuare la fotosintesi, e la parte inferiore è orientata verso il fondo della terra, in modo che le radici possano raggiungere l'acqua e i nutrienti necessari al loro sviluppo (Chen et al., 1999 ).
Come si verifica il geotropismo?
Le piante sono estremamente sensibili all'ambiente, queste possono influenzare la loro crescita a seconda dei segnali che percepiscono, ad esempio: luce, gravità, tatto, nutrienti e acqua (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Il geotropismo è un fenomeno che si verifica in tre fasi:
Rilevazione : la percezione della gravità viene effettuata da cellule specializzate chiamate statocisti.
Trasduzione e trasmissione : lo stimolo fisico della gravità viene convertito in un segnale biochimico che viene trasmesso ad altre cellule della pianta.
Risposta : le cellule recettrici crescono in modo tale da generare una curvatura che cambia l'orientamento dell'organo. Pertanto, le radici crescono verso il basso e gli steli verso l'alto, indipendentemente dall'orientamento della pianta (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Figura 1. Esempio di geotropismo in una pianta. Notare la differenza nell'orientamento delle radici e dello stelo. A cura di: Katherine Briceño.
Geotropismo nelle radici
Il fenomeno dell'inclinazione della radice verso la gravità è stato studiato per la prima volta molti anni fa. Nel famoso libro "The Power of Movement in Plants", Charles Darwin ha riferito che le radici delle piante tendono a crescere verso la gravità (Ge & Chen, 2016).
La gravità viene rilevata sulla punta della radice e questa informazione viene trasmessa alla zona di allungamento, per mantenere la direzione di crescita.
Se ci sono cambiamenti di orientamento rispetto al campo di gravità, le cellule rispondono cambiando la loro dimensione, in modo tale che la punta della radice continui a crescere nella stessa direzione di gravità, presentando un geotropismo positivo (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup , 2017; Wolverton et al., 2011).
Darwin e Ciesielski hanno dimostrato che c'era una struttura sulla punta delle radici che era necessaria per il geotropismo, hanno chiamato questa struttura "cap".
Hanno postulato che il cappuccio fosse incaricato di rilevare i cambiamenti nell'orientamento delle radici, rispetto alla forza di gravità (Chen et al., 1999).
Studi successivi hanno dimostrato che nel cappuccio ci sono cellule speciali che sedimentano nella direzione della gravità, queste cellule sono chiamate statocisti.
Le Statocisti contengono strutture simili alla pietra, sono chiamate amiloplasti perché sono piene di amido. Gli amiloplasti, essendo molto densi, sedimentano proprio sulla punta delle radici (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
Da recenti studi in biologia cellulare e molecolare, la comprensione del meccanismo che governa il geotropismo delle radici è migliorata.
Questo processo ha dimostrato di richiedere il trasporto di un ormone della crescita chiamato auxina, questo trasporto è noto come trasporto di auxina polare (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
Questo è stato descritto negli anni '20 nel modello Cholodny-Went, che propone che le curvature di crescita siano dovute a una distribuzione non uniforme delle auxine (Öpik & Rolfe, 2005).
Geotropismo negli steli
Un meccanismo simile si verifica negli steli delle piante, con la differenza che le loro cellule rispondono in modo diverso all'auxina.
Nei germogli degli steli, l'aumento della concentrazione locale di auxina favorisce l'espansione cellulare; l'opposto si verifica nelle cellule della radice (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
La sensibilità differenziale all'auxina aiuta a spiegare l'osservazione originale di Darwin secondo cui steli e radici rispondono in modo opposto alla gravità. Sia nelle radici che negli steli, l'auxina si accumula verso la gravità, sul lato inferiore.
La differenza è che le cellule staminali rispondono in modo opposto alle cellule radicali (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
Nelle radici, l'espansione cellulare è inibita sul lato inferiore e si genera una curvatura verso la gravità (gravitropismo positivo).
Negli steli, l'auxina si accumula anche sul lato inferiore, tuttavia, l'espansione cellulare aumenta e si traduce nella curvatura dello stelo nella direzione opposta alla gravità (gravitropismo negativo) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Riferimenti
- Chen, R., Rosen, E. e Masson, PH (1999). Gravitropismo nelle piante superiori. Fisiologia vegetale, 120, 343-350.
- Ge, L. e Chen, R. (2016). Gravitropismo negativo nelle radici delle piante. Nature Plants, 155, 17-20.
- Hangarter, RP (1997). Gravità, luce e forma vegetale. Pianta, cellula e ambiente, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH, … Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: A Model for the Study of Root and Shoot Gravitropism (pp. 1–24).
- Morita, MT (2010). Rilevamento direzionale della gravità nel gravitropismo. Revisione annuale di biologia vegetale, 61, 705–720.
- Öpik, H. e Rolfe, S. (2005). La fisiologia delle piante da fiore. (CU Press, Ed.) (4a ed.).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K. e Swarup, R. (2017). Nuove informazioni sulla segnalazione gravitropica delle radici. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L. e Zeiger, E. (2002). Fisiologia vegetale (3a ed.). Sinauer Associates.
- Toyota, M. e Gilroy, S. (2013). Gravitropismo e segnalazione meccanica nelle piante. American Journal of Botany, 100 (1), 111-125.
- Wolverton, C., Paya, AM e Toska, J. (2011). L'angolo del cappuccio radicale e il tasso di risposta gravitropica sono disaccoppiati nel mutante Arabidopsis pgm-1. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.