FOTOPERIOD: PRI RASTLINAH IN ŽIVALIH - BIOLOGIJA - 2026

Osvetljenosti je količina svetlobe in teme pri 24-urnega cikla. Na območju ekvatorja - kjer zemljepisna širina prevzame vrednost nič - je konstantna in pravična, z 12 urami svetlobe in 12 urami teme.

Odziv na fotoperiodo je biološki pojav, pri katerem organizmi spreminjajo nekatere svoje značilnosti - razmnoževanje, rast, vedenje - odvisno od variacije svetlobe, letnih časov in sončnega cikla.

Fotoperiod vpliva na kalitev semen. Vir: pixabay.com

Fotoperiodo običajno preučujemo pri rastlinah. Skuša razumeti, kako različice parametra osvetlitve spreminjajo kalitev, metabolizem, pridelavo cvetov, interval mirovanja popkov ali druge značilnosti.

Zahvaljujoč prisotnosti posebnih pigmentov, imenovanih fitohromi, rastline lahko zaznajo spremembe v okolju, ki se dogajajo v njihovi okolici.

Glede na dokaze na razvoj rastlin vpliva število prejetih ur. Na primer, v državah z označenimi letnimi časi drevesa ponavadi upočasnjujejo v jesenskih sezonah, kjer je fotoperiod krajši.

Pojav sega tudi na člane živalskega kraljestva. Fotoperiod lahko vpliva na njegovo razmnoževanje in vedenje.

Fotoperiodo sta leta 1920 odkrila Garner in Allard. Ti raziskovalci so pokazali, da nekatere rastline spreminjajo svoje cvetenje kot odgovor na spremembe v dolžini dneva.

Zakaj nastane fotoperioda?

Ko se oddaljujemo od tega območja, se časi svetlobe in teme spreminjajo kot odziv na nagib zemeljske osi proti soncu.

Ko se premikamo od ekvatorja do katerega koli pola, so razlike med svetlobo in temno bolj izrazite - zlasti na polovicah, kjer najdemo 24 ur svetlobe ali teme, odvisno od letnega časa.

Poleg tega vsakoletno vrtenje zemlje okoli sonca povzroči spreminjanje fotoperioda skozi vse leto (z izjemo ekvatorja). Tako so dnevi poleti daljši in pozimi krajši.

Prednosti odzivanja na fotoperiodo

Sposobnost usklajevanja določenih razvojnih procesov z določenim letnim časom, kjer obstaja velika verjetnost, da bodo pogoji ugodnejši, daje številne prednosti. To se pojavlja pri rastlinah, živalih in celo določenih glivah.

Za organizme je koristno, da se razmnožujejo v času leta, ko se mladoletnikom ni treba soočiti z ekstremnimi razmerami v zimi. To bo nedvomno povečalo preživetje potomcev in bo zagotovilo jasno prilagodljivo prednost skupini.

Z drugimi besedami, mehanizem naravne selekcije bo naklonjen razširjanju tega pojava v organizmih, ki so pridobili mehanizme, ki jim omogočajo sondiranje okolja in odzivanje na spremembe v fotoperiodi.

Fotoperioda v rastlinah

V rastlinah ima dolžina dni izrazite učinke na številne njihove biološke funkcije. Spodaj bomo opisali glavne procese, na katere vpliva dolžina dneva in noči:

Cvetenje

Zgodovinsko so rastline uvrstili med rastline z enim dnem, kratkim dnem ali nevtralno. Rastlinski mehanizmi za merjenje teh dražljajev so zelo izpopolnjeni.

Trenutno je bilo ugotovljeno, da ima protein, imenovan CONSTANS, pomembno vlogo pri cvetenju, aktiviran na drugo majhno beljakovino, ki se premika skozi žilne snope in aktivira razvojni program v reproduktivnem meristemu in sproži cvetno pridelavo.

Rastline z dolgimi in kratkimi dnevi

Rastline z dolgimi dnevi cvetijo hitreje le, kadar izpostavljenost svetlobi traja več ur. Pri teh vrstah rastlin cvetenje ne bo prišlo, če trajanje temnega obdobja preseže določeno vrednost. Ta "kritična vrednost" svetlobe se razlikuje glede na vrsto.

Te vrste rastlin cvetijo spomladi ali zgodaj poleti, kjer svetlobna vrednost ustreza minimalnim zahtevam. Redkev, zelena solata in lilija so uvrščeni v to kategorijo.

V nasprotju s tem kratkodnevne rastline potrebujejo manjšo izpostavljenost svetlobi. Na primer, nekatere rastline, ki cvetijo pozno poleti, jeseni ali pozimi, so kratkotrajne. Med njimi izstopajo krizanteme, božična roža ali zvezda in nekatere sorte soje.

Zamuda

Latencijska stanja so koristna za rastline, saj jim omogočajo obvladovanje neugodnih okoljskih razmer. Na primer, rastline, ki živijo na severnih širinah, uporabljajo zmanjšano dolžino dneva v jeseni kot opozorilo pred mrazom.

Na ta način lahko razvijejo mirujoče stanje, ki jim bo pomagalo pri soočanju z naslednjimi ledenimi temperaturami.

V primeru jetrnih pik lahko preživijo v puščavi, saj uporabljajo dolge dni kot signal, da gredo v stanje mirovanja v sušnih obdobjih.

Kombinacija z drugimi dejavniki okolja

Mnogokrat odziv rastline ne določi en sam okoljski dejavnik. Poleg trajanja svetlobe so ponavadi odločilni dejavniki temperatura, temperatura, sončno sevanje in koncentracija dušika.

Na primer, pri rastlinah vrste Hyoscyamus niger se postopek cvetenja ne bo zgodil, če ne bo izpolnjeval zahtev fotoperiodnega obdobja, in tudi vernalizacije (potrebna je najmanjša količina mraza).

Fotoperiod pri živalih

Kot smo videli, dolžina dneva in noči omogoča živalim, da sinhronizirajo svoje reproduktivne faze z ugodnim letnim časom.

Sesalci in ptice se navadno razmnožujejo spomladi, kot odgovor na podaljšanje dni, žuželke pa navadno postanejo ličinke jeseni, ko se dnevi skrajšajo. Podatki o odzivu na fotoperiodo pri ribah, dvoživkah in plazilcih so omejeni.

Pri živalih je nadzor nad fotoperiodom večinoma hormonski. Ta pojav posreduje izločanje melatonina v pinealni žlezi, ki ga močno zavira prisotnost svetlobe.

Hormonsko izločanje je večje v obdobjih teme. Tako se fotoperiodni signali prevedejo v izločanje melatonina.

Ta hormon je odgovoren za aktiviranje specifičnih receptorjev, ki se nahajajo v možganih in hipofizi, ki uravnavajo ritme razmnoževanja, telesne teže, hibernacije in selitve.

Poznavanje odziva živali na spremembe v fotoperiodi je bilo koristno za človeka. Na primer, v živinoreji si različne študije prizadevajo razumeti, kako vpliva na pridelavo mleka. Do zdaj je potrjeno, da dolgi dnevi povečujejo omenjeno proizvodnjo.

Reference

1. Campbell, NA (2001). Biologija: pojmi in odnosi. Pearsonova vzgoja.
2. Dahl, GE, Buchanan, BA, & Tucker, HA (2000). Fotoperiodni učinki na mlečno govedo: pregled. Journal of Science Science, 83 (4), 885–893.
3. Garner, WW, & Allard, HA (1920). Vpliv sorazmerne dolžine dneva in noči ter drugih dejavnikov okolja na rast in razmnoževanje rastlin. Mesečni vremenski pregled, 48 (7), 415–415.
4. Hayama, R., in Coupland, G. (2004). Molekularna osnova raznolikosti v fotoperiodičnih cvetočih odzivih Arabidopsis in riža. Fiziologija rastlin, 135 (2), 677–84.
5. Jackson, SD (2009). Odzivi rastlin na fotoperiodo. Novi fitolog, 181 (3), 517–531.
6. Lee, BD, Cha, JY, Kim, MR, Paek, NC, & Kim, WY (2018). Fotoperiodni zaznavni sistem za čas cvetenja v rastlinah. BMB poročila, 51 (4), 163–164.
7. Romero, JM, in Valverde, F. (2009). Evolucijsko ohranjeni mehanizmi fotoperiode v rastlinah: kdaj se je pojavila rastlinska fotoperiodična signalizacija ?. Rastlinska signalizacija in obnašanje, 4 (7), 642-4.
8. Saunders, D. (2008). Fotoperiodizem pri žuželkah in drugih živalih. V fotobiologiji (str. 389–416). Springer, New York, NY.
9. Walton, JC, Weil, ZM in Nelson, RJ (2010). Vpliv fotoperiode na hormone, vedenje in imunsko delovanje. Meje v nevroendokrinologiji, 32 (3), 303-19.