Ученые объяснили механизм и предназначение поворотов подсолнечника за Солнцем
Hagop Atamian / U.C. Davis
Американские ученые выяснили, какие механизмы отвечают за ориентацию масличного подсолнечника (Helianthus annuus) на Солнце и какое эволюционное значение это имеет. Оказалось, что способность поворачиваться под действием солнечного света (гелиотропизм) связана с согласованной работой светочувствительных механизмов и циркадианных ритмов растения. Результаты работы опубликованы в журнале Science.
Молодые подсолнечники в течение светового дня поворачиваются вслед за Солнцем с востока на запад, а ночью — обратно, чтобы с утра снова встречать солнечный свет. Расцветшие растения прекращают это движение и всегда обращены на восток. Чтобы понять, за счет чего это происходит, сотрудники Университетов Калифорнии и Виргинии провели ряд экспериментов в поле и закрытом помещении.
На первом этапе работы они искусственно фиксировали часть подопытных подсолнечников, не давая им следовать за Солнцем. Общая биомасса и площадь листьев таких растений оказалась в среднем на 10 процентов меньше, чем у росших без ограничений. Таким образом, поворот за Солнцем необходим молодым растениям для более интенсивного роста.
Обратный поворот на восток в течение ночи указывает на то, что в этом процессе задействованы механизмы регуляции циркадных ритмов. Ученые подтвердили это, внося подсолнечники с поля в помещение с постоянным освещением (растения еще несколько суток продолжали вращение) и навязывая им искусственный 30-часовой цикл освещения (ритм поворотов растений сбивался, возвращаясь к норме при 24-часовом цикле).
У подсолнечника нет листовых подушечек — специальных двигательных органов, которые обеспечивают гелиотропизм у некоторых видов растений. Учитывая то, что амплитуда движений подсолнечника убывает по мере роста вплоть до полного отсутствия у зрелых растений, ученые предположили, что повороты подсолнечника за Солнцем обеспечивает неравномерное удлинение стебля в течение суток. Эксперименты с растениями, лишенными гормона роста гиббереллина, а также изучение активности генов в западной и восточной сторонах стебля подтвердило эту гипотезу. Причем оказалось, что рост западной стороны стебля, более интенсивный ночью, происходит «по умолчанию», а необходимый днем рост восточной — регулируется светочувствительными механизмами (в частности перераспределением гормона ауксина под действием фототропинов).
Изменения температуры цветка в течение суток
Источник
quaterman
quaterman Добрый доктор Куотерман
Для начала стоит прояснить одну очень важную вещь. Утверждение о том, что подсолнухи всегда следуют за Солнцем справедливо только в том случае, если мы говорим о молодых, еще не раскрывшихся цветках подсолнечника. Вопреки распространенному мнению, зрелые цветки подсолнуха не поворачиваются за Солнцем и обычно направлены на восток.
Нераскрывшиеся бутоны подсолнечника действительно следуют за Солнцем, меняя свое положение в течение дня. Этот феномен называется гелиотропизмом (см абзац в конце статьи).
Наблюдение за Солнцем необходимо подсолнухам для более эффективного роста. Ученые фиксировали растения, не давая им повернуться, или, наоборот, вращали горшки, нарушая естественный ход движений. И в том, и в другом случае листья растений оказывались примерно на 10% меньше, чем у соседей, которые спокойно поворачивались за Солнцем.
Кроме того, специалисты ставили на стебле несколько точек маркером, чтобы изучить, как движется подсолнух за Солнцем. За точками ученые следили с помощью видеокамеры. Если расстояние между ними менялось, это означало, что стебель цветка рос там, где были нарисованы эти точки.
Когда днем растения поворачивались вслед за Солнцем, восточная сторона стебля росла более быстрыми темпами, чем западная, в результате сам цветок поворачивался к Солнцу. А в ночное время западная сторона росла быстрее, и стебель поворачивался в другую сторону.
Секрет движения подсолнечника кроется в неравномерном росте его стебля. По утверждениям ученых, прямые солнечные лучи убивают содержащиеся в стебле гормоны роста, которые называются ауксинами. Неравномерное распределение этих гормонов по стеблю, заставляет подсолнечник расти медленнее с солнечной стороны и быстрее с теневой, наклоняя таким образом весь стебель к солнцу. С изменением положения солнца, меняется и распределение ауксинов по стеблю, что в свою очередь, ведет к изменению наклона цветка.
Таким образом движение растения осуществляется при помощи специальных моторных клеток, участвующих в механизме роста и находящихся в гибком основании цветка. Выяснилось, что это движение зависело от внутренних часов растения – циркадных ритмов, которые управляют различными жизненными процессами, связанными с наступлением дня, ночи, утра и вечера. «Часы» контролируют скорость роста и заставляют одну сторону стебля расти быстрее, чем другую. Благодаря этому подсолнечник постепенно поворачивается вслед за Солнцем.
По мере того как подсолнечник созревает и цветок раскрывается, общий рост замедляется и растения прекращают движение в течение дня, оставаясь ориентированными на восток. Дело в том, что растение реагирует сильнее на солнечный свет рано утром, чем во второй половине дня, поэтому оно постепенно прекращает движение к западу в течение дня.
Как двигаются подсолнухи ночью?
Как мы все знаем, утром нераскрывшиеся бутоны подсолнечника встречают солнце на востоке, а вечером провожают его на западе. Здесь можно было и закончить нашу статью, если бы не одно «но»: с утра бутоны подсолнечника вновь направлены на восток! Возникает вполне логичный вопрос: «как?» Почему ночью, без какого-либо воздействия Солнца, подсолнечник продолжает движение? Более того, ночью движения подсолнечника происходят с гораздо большей скоростью, чем днем.
К нашему всеобщему разочарованию, ученые пока не могут с уверенностью ответить на этот вопрос. По одной из теорий, ночью клетки подсолнуха выпускают энергию, которая скопилась при наклонении стебля, «отпружинивая» цветок обратно. По другой теории, ночное движение стебля не зависит от солнца и обусловлено «внутренними часами» часами самого подсолнуха.
Почему взрослый цветок подсолнуха всегда смотрит на восток?
С ростом стебля и утяжелением цветка, перераспределение гормонов роста производит все менее заметный эффект. В конце концов, цветок подсолнуха становится слишком тяжелым, чтобы двигаться. Поэтому после созревания подсолнечник больше не следует за Солнцем и всегда направлен на восток. Но почему именно на восток?
У исследователей также нет точного ответа на этот вопрос. Некоторые ученые утверждают, что в одну из ночей цветок «отпружинивает» в восточную сторону и уже больше не способен повторить свое путешествие на запад.
Как бы то ни было, ученые продолжают исследования подсолнечника, который неожиданно для многих оказался чем-то гораздо более сложным, чем просто цветком, постоянно следующим за Солнцем.
Гелиотропизм цветов
Гелиотропные цветы отслеживают движение Солнца по небу в течение дня, с востока — на запад. Ночью цветы могут ориентироваться достаточно бессистемно, но с рассветом они поворачиваются на восток, к восходящему светилу. Движение осуществляется при помощи специальных моторных клеток, находящихся в гибком основании цветка. Данные клетки являются ионными насосами, доставляющими ионы калия в близлежащие ткани, что изменяет их тургор. Сегмент изгибается из-за удлинения моторных клеток, расположенных на теневой стороне (вследствие роста гидростатического внутреннего давления). Гелиотропизм является ответом растения на синий свет. Одним из самых гелиотропных цветов является подсолнух, который наиболее других цветов «ходит» за солнцем, особенно в раннем возрасте, пока его головка не вырастет до большого размера и не станет слишком тяжёлой, чтобы двигаться (в это время все его силы сосредотачиваются на созревании семян). В большей или меньшей степени, почти все цветы являются гелиотропными.
Некоторые следящие за солнцем растения не являются чистыми гелиотропами: их циркадные движения инициализируются солнечным светом, и, зачастую, продолжаются еще некоторое время после его исчезновения.
Широко распространено ложное мнение, что подсолнечники «тянутся» к солнцу (гелиотропизм). На самом деле, зрелые цветки подсолнечника обычно направлены на восток и не двигаются. Однако, бутоны подсолнечника (до зацветания) обладают гелиотропизмом. Они изменяют свою ориентацию с востока на запад в течение дня.
Источник
Тот, кто поворачивается вслед за солнцем
Так дословно переводится название цветка – гелиотроп.
Научное название цветка происходит от двух греческих слов «helios» – солнце и «tropos» – поворот, направление. И назвали растение так потому, что его соцветья всегда поворачиваются вслед за движением солнца.
О возникновение цветка гелиотропа рассказывает древнегреческий миф.
Скромная дочь могучего Океана нимфа Клития влюбилась в бога солнца Гелиоса. Её любовь была настолько велика, что она забыла обо всём на свете и не сводила глаз с любимого. Как хотелось ей броситься в его объятия, отдать себя ему всю без остатка. Но Гелиос не замечал её любви.
Тоска безответной страсти не только помрачила разум Клитии, но и иссушила её тело, и наступил миг, когда жизненные силы покинули тело нимфы, она опустилась на землю и перестала реагировать на проявления мира.
Лишь по утрам, вдохнув аромат прохладной живительной росы, она приподнимала голову, чтобы весь день неотрывно смотреть на сияющий лик Гелиоса.
А потом нимфа превратилась в цветок, цветонос которого на в течение всего дня поворачивается вслед за солнцем, движущимся по небосводу. Так Клития продолжает следовать преданным взором за своим возлюбленным. Поэтому гелиотроп считается символом верности.
В европейских садах гелиотроп, стали разводить в XVIII веке.
В России растение появилось в конце XVIII века и сразу стало популярно среди цветоводов.
Французы назвали его «травой любви», немцы – «травой бога», англичане – «вишнёвым пирогом», а русские – «лишаевой травой» и «лакмусом красильным». Даже как-то обидно за нашу не романтичность…
В старину, собираясь на балы, дамы украшали причёски и платья цветами гелиотропа для красоты и приятного благоухания.
Гелиотроп – Heliotropium – многолетнее травянистое растение из семейства буравчиковых. Семейство насчитывает около 300 видов, среди которых встречаются и полукустарники. Дикий куст гелиотропа достигает в высоту полутора метров. Культивированные гелиотропы пониже, их стебли вырастают от 50 до 70 см.
У этого растения крупные овальные немного морщинистые или волнистые, опушённые листья ярко-зелёного или тёмно-зелёного цвета на коротких черешках.
Небольшие цветки фиолетового или тёмно-синего цвета собраны в крупные пышные соцветия щиткового типа до 20 см в диаметре. Они источают тонкий ванильный аромат.
Селекционеры вывели гелиотропы с белыми, розовыми, жёлтыми, голубыми и лиловыми цветками. Однако растения с цветками таких оттенков пахнут слабее фиолетовых, а некоторые и вовсе не имеют аромата.
Выведены так же низкорослые гелиотропы до 25 см в высоту для выращивания в садовых вазонах и подвесных корзинах.
Каждый цветонос цветёт около месяца. Цветоносы сменяют друг друга, и общее цветение длится всё лето с июня до заморозков, что высоко ценится цветоводами.
После окончания цветения образуются плоды, которые называются – ценобии.
При созревании плод распадается на четыре части – эремы, по форме напоминающие маленькие орешки. В каждой части находятся мелкие семена гелиотропа, до 1 200 штук.
Родиной гелиотропа считается Северная и Южная Америка, но в диком виде гелиотроп произрастает в странах Средиземноморья, несмотря на то, что гелиотроп очень любит солнце, встречается он и в странах с умеренным климатом.
Но у нас он выращивается только в садах, как однолетнее растение, так как наши зимы для него слишком суровы. Гелиотроп можно выращивать в комнатных условиях, тогда он станет многолетним.
В открытом грунте чаще всего выращивают гелиотроп перуанский – Heliotropium hibridium.
Семена гелиотропа специалисты советуют покупать в проверенных цветочных магазинах.
Семена на рассаду высеивают в феврале – марте. Грунт подойдёт купленный в магазине – универсальный или для цветущих растений. Лучше всего купить его осенью и оставить зимой на морозе, чтобы таким образом продезинфицировать его. Впрочем, грунт можно пропарить в духовке.
Положив на дно контейнера, ящика или горшка дренаж, заполнить его землёй, утрамбовать и хорошо полить.
Семена гелиотропа очень мелкие и сеять их равномерно сложно. Поэтому перед посевом их можно смешать с небольшим количеством крупного предварительно прокалённого в духовке речного песка.
После того, как семена посеяны, их присыпают тонким слоем земли, примерно на 1-2 мм, накрывают плёнкой или стеклом и ставят в тёплое место. Семена всходят, если температура не опускается ниже +20 С.
Плёнку снимают для проветривания и перед опрыскиванием, которое проводится регулярно.
Семена, как правило, начинают прорастать через 3-4 недели. После появления всходов плёнку нужно убрать и поставить ёмкость в светлое место.
Когда у сеянцев появятся по два настоящих листочка, их пересаживают в отдельные горшки диаметром 9-10 см, заполненные такой же почвенной смесью. После полива на время саженцы оставляют в покое. А через две недели их подкармливают магазинным удобрением для рассады.
В открытый грунт гелиотроп высаживают после того, как минуют последние ночные заморозки, то есть в конце мая –начале июня, в южных районах раньше.
Для посадки растений выбирают солнечное место, желательно защищённое от ветра. При недостатке света стебли гелиотропа вытягиваются, а цветки становятся мелкими и блёклыми.
Почва на грядке для гелиотропа должна быть рыхлой и питательной. Специалисты рекомендуют смесь из дерновой земли, листовой, торфяной и крупного песка в пропорции: 4:2:2:1. В эту смесь добавляют измельчённый древесный уголь и навозный листовой перегной или комплексное минеральное удобрение в гранулах.
Растение из горшка не выкапывают, а переваливают вместе со всем комом земли. Лунку засыпают землёй, слегка утрамбовывают и поливают растение под корень.
Высаживают гелиотроп на расстоянии 30 см друг от друга. Чем выше будет куст, тем больше должно быть расстояние между растениями.
Спустя 2 недели саженцы подкармливают комплексным удобрением, а когда они подрастут на 10-12 см, их прищипывают для стимуляции ветвления и обильного цветения.
Гелиотроп нуждается в регулярном увлажнении, в засушливое лето его нужно поливать чаще, вечером после захода солнца опрыскивать, а после полива осторожно рыхлить землю, стараясь не повредить корни. Приветствуется так же мульчирование.
Удаление сорняков обязательно.
Молодые гелиотропы подкармливают полным комплексным удобрением до начала активного цветения каждые 2 недели. Затем 1 раз в месяц, чередуя минеральные и органические удобрения.
Врагами гелиотропа являются такие насекомые вредители, как тля, белокрылки, паутинные клещики.
При обнаружении вредителей, кусты гелиотропа обрабатываются актелликом по инструкции. Через неделю процедуру следует повторить.
Гелиотроп иногда повреждается «ржавчиной» и грибковым заболеванием «серая гниль». Поражённые листья нужно сразу удалить и обработать растение фунгицидом.
Кусты гелиотропа нужно осматривать как можно чаще, чтобы вылечить растение на первых стадиях заболевания.
Некоторые виды, особенно дикого гелиотропа ядовиты, в их соке, особенно в стеблях, содержится ядовитое вещество алкалоид – циноглоссин, попавший в желудок сок может вызвать поражение нервной системы.
Но виды ядовитого гелиотропа, как правило, не выращиваются в садах.
Эфирное масло гелиотропа используется в парфюмерной промышленности для придания композициям благородного аромата ванили.
В народной медицине соком гелиотропа сводят бородавки и лишаи.
Для того, чтобы нравиться людям и вызывать у них положительные эмоции, маги советуют собрать в августе лепестки гелиотропа, высушить, завернуть в лавровые листья и носить при себе.
Гелиотроп притягивает удачу, благополучие, славу и покровительствует путешественникам.
Считалось, что если дома хранится гелиотроп, то не страшны воры и недобрые люди.
Для того чтобы в доме царили мир, любовь и согласие, парапсихологи советуют высадить гелиотроп в саду возле дома или завести комнатный гелиотроп. Оживит он и угасшую любовь.
В старину считалось, что гелиотроп сохраняет верность супругов друг другу и делает их отношения гармоничными.
Он так же помогает распутать сложные отношения между родственниками.
Творческим людям он помогает достичь высот в своих творениях, и приносит счастье без исключения всем добрым людям с открытой душой, никому не желающим зла и не таящим зависти.
Источник