Dominacja wierzchołkowa

Wzrost i rozwój poszczególnych organów roślinnych są od siebie ściśle uzależnione. Zjawisko to nazywamy korelacjami wzrostowymi. Polegają one na tym, że aktywność jednego organu wpływa na tempo wzrostu lub kształtowanie się innego. Korelacje wzrostowe są powszechne w rozwoju wegetatywnym roślin i mogą mieć charakter inhibicji lub stymulacji. Korelacje wzrostowe zapewniają harmonijny rozwój całej rośliny, integrując procesy regulacyjne z metabolicznymi.

Dominacja wierzchołkowa

Dominacja wierzchołkowa jest zjawiskiem polegającym na hamowaniu wzrostu i rozwoju pąków bocznych przez wierzchołek wzrostu pędu. Jest to rodzaj inhibicji korelacyjnej.

Rośliny o silnej dominacji wierzchołkowej mają regularny, stożkowaty pokrój, z wyraźnie zaznaczoną osią główną, np. świerk. Z kolei rośliny o słabej dominacji wierzchołkowej mają pokrój krzaczasty i są bardziej rozłożyste, np. modrzew europejski zwisły. 

RO0k1334C1Mop

Zdjęcie przedstawia wysokie drzewo. Dolne gałęzie są bardzo rozłożyste i szerokie, zwężają do góry pnia drzewa. Igły na pędach skierowany są pionowo ku górze.

R13JOb921caWh

Zdjęcie przedstawia niskie drzewo. Korona jest duża, gęsta i zwisa tak, że nie widać nawet pnia drzewa. Koronę tworzą długie, zwisające gałęzie gęsto pokryte zielonymi igłami.

Mechanizm dominacji wierzchołkowej

Główny mechanizm dominacji wierzchołkowej opiera się na:

• antagonistycznym działaniu dwóch fitohormonów: auksyn i cytokinin;

• konkurencji o zasoby pokarmowe między pąkiem szczytowym, a pąkami bocznymi. 

Auksyny odpowiadają za hamowanie rozwoju pąków bocznych, natomiast cytokininy za ich rozwój. Auksyny są produkowane przede wszystkim w wierzchołku wzrostu pędu, skąd transportowane są w dół rośliny. Z kolei cytokininy przemieszczają się z korzeni w stronę wierzchołka pędu. Antagonizm między tymi fitohormonami polega, m.in. na tym, że auksyny blokują transport cytokinin do pąków bocznych. W rezultacie pąki te nie rozwijają się i pozostają w spoczynku. 

Odcięcie wierzchołka wzrostu usuwa główne źródło auksyn. Spadek ich poziomu pozwala cytokininom na aktywację podziałów komórkowych w pąkach bocznych, co prowadzi do ich rozwoju i rozkrzewienia się rośliny.

W mechanizmie dominacji wierzchołkowej istotną rolę odgrywa również konkurencja  o zasoby pokarmowe między wierzchołkiem pędu, a pąkami bocznymi. Zgodnie z tą koncepcją wierzchołek wzrostu pędu pełni rolę głównego akceptora substancji odżywczych dostarczanych z innych części rośliny (np. liści, korzeni). Z powodu swojej wysokiej aktywności metabolicznej, przyciąga on większość cukrów i soli mineralnych, transportowanych w roślinie zgodnie z gradientem stężeń. W rezultacie pąki boczne otrzymują zbyt mało składników pokarmowych, co uniemożliwia ich rozwój. 

1

Laboratorium 1

Przeprowadź doświadczenie w laboratorium. Rozwiąż problem badawczy i zweryfikuj hipotezę. W formularzu zapisz swoje obserwacje, a następnie sformułuj wnioski.

Temat: Dominacja wierzchołkowa i jej uwarunkowania

Problem badawczy: Jak auksyny wpływają na występowanie dominacji wierzchołkowej u roślin?

Hipoteza: Auksyny stymulują dominację wierzchołkową roślin.

Materiały:

• trzy wybrane rośliny jednego gatunku, np. fasoli zwyczajnej (Phaseolus vulgaris)

• bloczek agarowy z roztworem auksyny.

Sprzęt:

• nożyce/sekator.

R1b5N9nM9FjYn

W roślinie B po usunięciu pąka głównego zastąpiono go bloczkiem agarowym zawierającym roztwór auksyny. Z kolejnej rośliny C usunięto pąk główny. Trzecią roślinę A pozostawiono bez zmian. Wszystkie trzy rośliny trzymano w takich samych warunkach. Po upływie tygodnia dokonano obserwacji i zanotowano wnioski. Zaobserwowano, że w przypadku rośliny A pąki boczne nie rozwijają się. W przypadku rośliny B pąki boczne również się nie rozwijają. W roślinie C pąki boczne uległy rozwinięciu się. Na podstawie tych faktów należy wysnuć odpowiednie wnioski.

W roślinie B po usunięciu pąka głównego zastąpiono go bloczkiem agarowym zawierającym roztwór auksyny. Z kolejnej rośliny C usunięto pąk główny. Trzecią roślinę A pozostawiono bez zmian. Wszystkie trzy rośliny trzymano w takich samych warunkach. Po upływie tygodnia dokonano obserwacji i zanotowano wnioski. Zaobserwowano, że w przypadku rośliny A pąki boczne nie rozwijają się. W przypadku rośliny B pąki boczne również się nie rozwijają. W roślinie C pąki boczne uległy rozwinięciu się. Na podstawie tych faktów należy wysnuć odpowiednie wnioski.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DEZDRQ16Z

Instrukcja:

1. Z jednej z roślin (roślina B) usuń pąk główny i zastąp go bloczkiem agarowym zawierającym roztwór auksyny.

2. Z kolejnej rośliny (roślina C) usuń pąk główny.

3. Trzecią roślinę (roślina A) pozostaw bez zmian.

4. Wszystkie rośliny trzymaj w takich samych warunkach. Po upływie tygodnia dokonaj obserwacji i zanotuj wnioski.

RnTliYmMUTJ6L

Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje:

Opisz, jakie zmiany zaszły w poszczególnych roślinach.

Wnioski:

Jak auksyny wytwarzane w stożku pędu głównego wpływają na rozwój rośliny?

Pokaż odpowiedź

Obserwacje:

Roślina A – pąki boczne nie rozwijają się.
Roślina B – pąki boczne nie rozwijają się. 
Roślina C – pąki boczne rozwijają się.

Wnioski:

Auksyny wytwarzane w stożku wzrostu pędu głównego decydują o jego dominacji wierzchołkowej.

Auksyny wytwarzane w stożku wzrostu pędu głównego hamują rozwój pąków bocznych.

Podsumowanie

• Korelacje wzrostowe polegają wpływie danego organu roślinnego na tempo wzrostu lub kształtowanie się innego.

• Korelacje wzrostowe mogą mieć charakter hamujący (gdy aktywność jednego organu hamuje rozwój innego) lub stymulujący (gdy aktywność jednego organu pobudza rozwój innego).

• Dominacja wierzchołkowa jest rodzajem inhibicji korelacyjnej i polega na hamowaniu rozwoju pąków bocznych przez wierzchołek wzrostu pędu.

• Mechanizm dominacji wierzchołkowej opiera się na antagonizmie auksyn (hamują rozwój pąków bocznych) i cytokinin (stymulują rozwój pąków bocznych) oraz konkurencji o zasoby pokarmowe między wierzchołkiem wzrostu pędu, a pąkami bocznymi.

Sprawdź co umiesz

Ćwiczenie 2

RggN2eG2Cqsj8

Rysunek 1 przedstawia transport substancji w roślinie. Na głównym pędzie widoczne są liście wraz z ogonkami. U nasady ogonków znajdują się małe pąki. Na szycie pędu znajduje się większy pąk. Wewnątrz głównego pędu narysowano dwie strzałki. Niebieską skierowaną grotem do góry, ku szczytowemu pąku. Czerwoną strzałką skierowaną grotem do dołu. Rysunek 2 przedstawia transport substancji w roślinie. Na głównym pędzie widoczne są liście wraz z ogonkami. U nasady ogonków znajdują się małe pąki z ogonkami. Na szycie pędu usunięto pąk. Wewnątrz głównego pędu narysowano niebieskie strzałki. Biegną one od dołu pędu w kierunku szczytu pędu. Dodatkowo od głównej strzałki odchodzą mniejsze strzałki w kierunku ogonków liściowych.

Powyższy rysunek przedstawia transport wybranych substancji w roślinie przed odcięciem wierzchołka wzrostu pędu (1) i po jego odcięciu (2). Na podstawie powyższych informacji i własnej wiedzy uzupełnij poniższe zdanie, wybierając odpowiednie sformułowania.

RkEPZnPZPS5sF

Odcięcie wierzchołka wzrostu pędu powoduje powstanie dominacji wierzchołkowejzniesienie dominacji wierzchołkowej oraz zmniejszenie stężenia auksyn w pędach bocznychzwiększenie stężenia auksyn w pędach bocznych, co skutkuje zwiększeniem intensywności transportu substancji odżywczych do pędów bocznychzmniejszeniem intensywności transportu substancji odżywczych do pędów bocznych.

Odcięcie wierzchołka wzrostu pędu powoduje powstanie dominacji wierzchołkowejzniesienie dominacji wierzchołkowej oraz zmniejszenie stężenia auksyn w pędach bocznychzwiększenie stężenia auksyn w pędach bocznych, co skutkuje zwiększeniem intensywności transportu substancji odżywczych do pędów bocznychzmniejszeniem intensywności transportu substancji odżywczych do pędów bocznych.

Ćwiczenie 3

R1ZdAJHFNty21

Rysunek przedstawia pęd A i B. Każdy z pędów ma z jednej strony liść usytuowany na ogonku i pąk boczny. Na rysunku A pąk boczny jest duży. Czerwone kropki narysowano gęsto w pędzie głównym, ogonku liścia i w obrębie liścia. Na rysunku B pąk boczny jest malutki. Czerwone kropki narysowano rzadziej w pędzie głównym, ogonku liścia i w obrębie liścia.

Powyższy rysunek przedstawia symbolicznie jedną z teorii na temat mechanizmu dominacji wierzchołkowej. Czerwonymi kropkami oznaczono substancję produkowaną w liściach i transportowaną do fragmentu pędu głównego. Strzałką oznaczono pąk boczny, którego wzrost ulega wyraźnej inhibicji na rysunku B. We fragmencie pędu głównego na rysunku A osiągnięto maksymalne stężenie substancji oznaczonej czerwoną kropką. Na podstawie powyższych informacji i własnej wiedzy spośród poniższych wybierz nazwę substancji oznaczonej na rysunku czerwoną kropką.

R1MkyXxHJIfel

Możliwe odpowiedzi: 1. Auksyna, 2. Cytokinina, 3. Sacharoza, 4. Skrobia