Po ciemnej stronie…

Doświadczenie 1

Dno dwóch słoiczków po przecierze przykryj zwilżoną gazą i w obu wysiej kilkanaście nasion rzeżuchy. Zamknij słoiczki i jeden z nich owiń szczelnie kilkoma warstwami folii aluminiowej. Drugi pozostaw w dobrze oświetlonym miejscu. Porównaj wygląd siewek po tygodniu. Warto także wykonać to doświadczenie, wykorzystując nasiona fasoli (odmiana Piękny Jaś), ale zamiast słoików lepiej zastosować plastikowe butelki po wodzie mineralnej.

Wyjaśnienie: Brak światła uruchomił inny zestaw genów regulujących rozwój rośliny. Liścienie etiolowanych siewek mają barwę żółtą dzięki karotenoidom, natomiast brakuje w nich zielonego chlorofilu. Zwróć uwagę, że część siewek jest zagięta w haczyk. Porównaj także długość łodyżek (hypokotyli). Zwłaszcza w przypadku fasoli różnice są spektakularne.

Doświadczenie 2

Zamiast rzeżuchy (rośliny dwuliściennej) możesz użyć także nasion roślin jednoliściennych – np. owsa.

Wyjaśnienie: W przypadku roślin jednoliściennych nie zaobserwujesz haczyka, ale etiolowane siewki będą żółte i dłuższe w porównaniu z siewkami rozwijającymi się w obecności światła.

Doświadczenie 3

Dno dwóch słoiczków po przecierze przykryj zwilżoną gazą i do obu wysiej kilka nasion sosny. Owiń oba słoiczki folią aluminiową i porównaj wygląd obu roślin po upływie ok. 10 dni. Nasiona można kupić w sklepie ogrodniczym lub zebrać w trakcie spaceru w lesie.

Wyjaśnienie: Rośliny nagonasienne, takie jak sosna, nie przechodzą etiolacji i nie widać znacznych różnic pomiędzy osobnikami rozwijającymi się w różnych warunkach. Ponadto enzym warunkujący przemianę prekursorów chlorofilu nie wymaga aktywacji światłem, dlatego siewki są zielone nawet w ciemności.

Doświadczenie 4

Doświadczenie najlepiej zacząć rankiem. Zrób zdjęcie etiolowanych siewek z doświadczenia 1. lub 2. koniecznie tuż po odwinięciu folii. Następnie odstaw słoik w jasne miejsce. Nastaw minutnik i co godzinę (przez 6 godzin) oglądaj rośliny i zrób zdjęcie. Obejrzyj siewki także następnego ranka i porównaj zdjęcia.

Wyjaśnienie: Etiolacja to dla roślin stan przejściowy, gdy muszą korzystać głównie ze swoich zapasów. Światło oznacza dla nich możliwość fotosyntezy, a zatem samożywność. Zmiany w wyglądzie i funkcjonowaniu siewek następują bardzo szybko. Złożenie kompleksów fotosyntetycznych i wyprodukowanie wystarczającej ilości chlorofilu, aby rozpocząć fotosyntezę, zajmuje niewielkiemu organizmowi ok. 3 godzin, ale bardzo wyraźne zmiany w wyglądzie można zauważyć po upływie 6 lub więcej godzin.

dr hab. Renata Szymańska,
Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki AGH

mgr Paweł Jedynak,
Zakład Fizjologii i Biochemii Roślin UJ

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

Zestaw przyrządów i materiałów

słoiczki po przecierze, gaza, duże butelki po wodzie mineralnej, nasiona rzeżuchy, sosny, fasoli, pszenicy, folia aluminiowa

Niewliczone w cenę: aparat fotograficzny

Szacunkowy koszt: 25 zł

Czas przygotowania: 1 h

Czas doświadczenia: 10 dni

***

Wiedza w pigułce

Każdy wie, że rozwój roślin zależy od światła. Bywają jednak i takie, które w ciemności uruchamiają inny program wzrostu – tzw. skotomorfogenezę (z gr. skotos – ciemność), inaczej etiolację. Zjawisko to występuje jedynie u roślin okrytonasiennych (np. dęby czy ogórki), a przestawienie się na procesy zależne od światła lub niezależne jest kontrolowane przez szereg cząsteczek (m.in. receptory światła czy czynniki uruchamiające lub wyłączające poszczególne geny). W przypadku niektórych roślin te zmiany dotykają aż 1/3 genomu!

Etiolację można zaobserwować np. u pąków roślin, zagrzebanych pędów szparagów czy ziemniaków oraz siewek wyrastających z ukrytych w ziemi nasion. I właśnie te ostatnie przechodzą najbardziej zdumiewające przemiany spowodowane brakiem światła. Ich łodygi (hypokotyle) stają się wydłużone, a liścienie (pierwsze liście) są ciasno złożone. Szczytowa część siewki jest dodatkowo wygięta w tzw. haczyk, którym siewka przebija się na powierzchnię gleby. Ta sprytna strategia nie kończy się jednak na użytecznych zmianach w wyglądzie – pomaga też oszczędniej gospodarować skromnymi zasobami siewki. Zagrzebana pod ziemią roślina nie potrzebuje kosztownego w produkcji aparatu fotosyntetycznego ani tym bardziej chlorofilu. Dlatego ich rozwój jest w ciemności silnie zahamowany. Ponadto do aktywacji jednego z enzymów uczestniczących w syntezie chlorofilu konieczne jest właśnie światło, zatem i tak powstawanie tego barwnika nie przebiega prawidłowo i kończy się z powstaniem jednego z jego prekursorów. Obecność światła aktywuje ten enzym, znosząc przy tym blokadę wytwarzania chlorofilu. Pobudzenie fotoreceptorów prowadzi natomiast do wyłączenia dotychczas działających białek regulujących rozwój i uruchomienia uśpionych genów. Efektem działania nowych białek jest rozłożenie liścieni i zahamowanie wzrostu łodygi. Równocześnie roślina zaczyna produkować wszystkie białka konieczne do rozpoczęcia fotosyntezy. Ta wywołana światłem przemiana nosi nazwę deetiolacji lub zielenienia.