Zwei Arten von Photochrom

Photochrom ist ein in Pflanzen vorkommendes Element, das im Allgemeinen in den Wurzelspitzen verschiedener Pflanzen vorkommt. Die meisten Photochrome können nur im Dunkeln synthetisiert werden, während einige sowohl bei Licht als auch bei Dunkelheit synthetisiert werden können. Dadurch werden die beiden Photochromtypen unterschieden. Lichtempfindliche Pigmente spielen beim Pflanzenwachstum eine sehr wichtige Rolle. Hier erfahren Sie mehr über sie im Detail.

1. Lichtempfindliche Pigmente

Als lichtempfindliche Pigmente (Phytochrom) werden Photorezeptoren (Pigmentproteine) bezeichnet, die rotes Licht absorbieren und reversibel in fernrotes Licht umwandeln.

Lichtempfindliche Pigmente sind in verschiedenen Organen der Pflanzen verteilt und der Gehalt an lichtempfindlichen Pigmenten in etiolierten Keimlingen ist 20- bis 100-mal höher als in grünen Keimlingen. Die Spitze der Koleoptile von Poaceae, der Haken etiolierter Erbsensämlinge, das Meristem und die Wurzelspitzen verschiedener Pflanzen enthalten große Mengen lichtempfindlicher Pigmente. Im Allgemeinen enthalten proteinreiche Meristeme mehr lichtempfindliche Pigmente. In Zellen kommen lichtempfindliche Pigmente sowohl im Zytosol als auch im Zellkern vor.

2. Typ

Es gibt mindestens zwei Arten von Phytochromen in Pflanzen (Furuya, 1993): Eine Art ist in höheren Konzentrationen in etiolierten Keimlingen vorhanden, kann nur im Dunkeln synthetisiert werden und ist im Licht instabil. Sie wird als etioliertes Gewebephytochom (Phy Ⅰ) bezeichnet und hat einen Absorptionspeak bei 666 nm. Die andere Art kommt hauptsächlich in grünen Geweben vor, ist im Licht relativ stabil und kann sowohl im Licht als auch im Dunkeln synthetisiert werden. Sie wird als grünes Gewebephytochom (Phy Ⅱ) bezeichnet und hat einen Absorptionspeak bei 652 nm. Molekularbiologische Experimente haben gezeigt, dass es bei Angiospermen eine Familie lichtempfindlicher Pigmentgene (PHY genannt) gibt. Beispielsweise beträgt die Anzahl der PHYs in Mais 2 bis 4, während die Anzahl der PHYs in Hafer über 4 liegt. In Arabidopsis-Keimlingen wurden fünf verschiedene lichtempfindliche Pigmentgene gefunden, die als PHYA, PHYB, PHYC, PHYD und PHYE bezeichnet werden. Das von PHYA kodierte Protein phyA ist ein lichtempfindliches Pigment vom Typ PhyⅠ, das kontinuierlich fernrotes Licht mit einer Wellenlänge von 700–750 nm empfängt und gegenüber Licht instabil ist. Die Aktivität seiner mRNA wird unter Licht gehemmt. Die von den anderen vier Genen kodierten Proteine ​​phyB, phyC, phyD und phyE sind lichtempfindliche Fotopigmente vom Typ PhyⅡ, die hochgradig photostabil sind, unbeeinflusst von Licht sind, rotes Licht von 600–700 nm empfangen und konstitutiv exprimiert werden. Es wurde nachgewiesen, dass die von den Genen PHYA und PHYB kodierten Proteine ​​zu den voll lichtempfindlichen Pigmenten phyA und phyB zusammengesetzt werden können. PhyA steuert hauptsächlich den Verlängerungseffekt von fernrotem Licht auf den Hypokotyl von Sämlingen, während phyB hauptsächlich die hemmende Wirkung von rotem Licht auf den Hypokotyl von Sämlingen steuert.

3. Funktion

Die physiologischen Auswirkungen lichtempfindlicher Pigmente sind sehr umfangreich. Sie beeinflussen den morphologischen Aufbau von Pflanzen während ihres gesamten Lebens, von der Samenkeimung über die Blüte, Fruchtbildung bis hin zum Altern.

Einige Reaktionen, die in höheren Pflanzen durch Phytochrome gesteuert werden

1. Keimung der Samen 6. Bewegung der Blättchen 11. Photoperiode 16. Blattabwurf

2. Hakenöffnung 7. Membrandurchlässigkeit 12. Blüteninduktion 17. Knollenbildung

3. Internodienverlängerung 8. Phototropismus 13. Keimblattöffnung 18. Geschlechtsausdruck

4. Wurzelanlage 9. Anthocyanbildung 14. Fleischig 19. Blattöffnung (einzeln)

5. Blattdifferenzierung und -entfaltung 10. Plastidenbildung 15. Epistase 20. Rhythmische Phänomene

Die Zeit, die lichtempfindliche Pigmente benötigen, um auf Lichtreize zu reagieren, kann schnell oder langsam sein. Schnelle Reaktionen werden in Sekundenschnelle gemessen, wie etwa der Tanada-Effekt und die Bewegung von Chloroplasten in Algen. Der Terrassenfeldeffekt bezieht sich auf die Tatsache, dass die isolierte Wurzelspitze der Mungbohne unter rotem Licht eine kleine Menge positiver Ladung in der Membran induziert, sodass sie an der negativ geladenen Glasoberfläche haften kann, während Ferninfrarotlicht dieses Haftphänomen umkehrt. Langsame Reaktionen werden in Stunden und Tagen gemessen. Rotes Licht fördert beispielsweise die Keimung von Samen und führt bei Salatsetzlingen zu einer Gelbfärbung.