معلومة

لماذا طور النبات الحساس (Mimosa pudica) آلية إغلاق الأوراق الخاصة به؟

لماذا طور النبات الحساس (Mimosa pudica) آلية إغلاق الأوراق الخاصة به؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لماذا النبات الحساس ، ميموزا بوديكا، تتطور آلية إغلاق أوراقها؟ هل يساعد في عاصفة شديدة؟ هل يخيف كل ما تعتقده الحيوانات أنها وجبة جيدة؟


هناك العديد من الأسباب التي تجعل Mimosa pudica (يشار إليها الآن باسم مصنع TickleMe) ربما تكون قد طورت آلية الإجازة والإغلاق. لقد لاحظت الحركة عندما هبطت الحشرات على نباتاتي. تشعر الحشرات بالخوف من الحركة لأنها تتحرك بسرعة إلى حد ما عندما ينهار النبات. تحدث حركة مصنع TickleMe أيضًا عند غروب الشمس أو إذا وضعت النبات في غرفة مظلمة. قد تكون هذه طريقة لتقليل فقد الماء عن طريق النتح حيث تنثني الأوراق على بعضها البعض. قد يكون سبب آخر لحركة الإجازة هو كشف الأشواك القليلة الموجودة في النباتات البالغة. قد يكون هذا تحذيرًا آخر للحيوانات العاشبة للابتعاد. في الطقس البارد تغلق نباتات TickleMe أوراقها أيضًا ، يمكن أن تكون هذه طريقة للحفاظ على درجة حرارة الجسم. الكل في الكل ، هذا هو نبات المنزل الأكثر روعة وأنا أتعلم دائمًا أشياء جديدة عن هذا النبات وحلوى القطن الجميلة مثل زهور TickleMe Plant الوردية.


نبات الميموزا يعاني من أزمة الهوية

أنا أفهم أن الوردة بأي اسم آخر ستشتم بنفس الرائحة ولكن إذا كان من الممكن أن تشم رائحة الوردة ، فهل سترغب في استخدام اسمي الآخر؟ إذا تباعد طريقان في خشب أصفر ، فما المسار الذي ستسلكه الشجيرات؟ عبر التاريخ ، استخدمنا خصائص الطبيعة لشرح طبيعة أنفسنا. دعونا نقلب الطاولة ونتعرف على حياة نباتات الميموزا من خلال مفتاح تصنيف للناس. لذلك ، إذا كان بإمكاني أن آخذ تجسيد النباتات إلى مستوى جديد تمامًا ، فإن نبات الميموزا هو نوع ISTP (انطوائي ، مستشعر ، يفكر ، إدراك) مع أنماط ارتباط غير آمنة وغير منظمة. إليكم السبب.

لا يتطلب الأمر الكثير لندرك أن نبات الميموزا انطوائي. لاحظ كارل لينيوس هذا السلوك حتى من خلال العطاء ميموزا بوديكا صفة نوع لاتينية تعني "خجول ، خجول ، أو متقلص" ، والتي تشير إلى استجابة النبات لأنه يتلقى المحفز #same #introvertlife. مثل الانطوائيين الآخرين ، فإن الاستجابة للمحفزات الخارجية هي عملية استنزاف تستهلك الكثير منهم. تفاعلهم كثيف الطاقة لأنه يتطلب النقل النشط للأيونات المتعددة خارج الخلية. هذا يعني أن ميموزا سئمت وستتوقف في النهاية عن الاستجابة للمحفزات ما لم تُترك وحدها لإعادة الشحن ، والتي تستغرق في المتوسط ​​حوالي 20 دقيقة (1). إذا كنت مهتمًا بكيفية استجابة هذه النباتات النائمة عندما تشعر بالنعاس الشديد ، فراجع علامة تبويب البحث في هذا الموقع!

كنوع من أنواع الاستشعار ، تعتبر التجارب الحسية أولوية. هذا يمكن رؤيته من قبل nyctinastic أو "الإغلاق الليلي" وحركة thigmonastic أو "إغلاق اللمس" للنبات. لأداء هذه الحركات ، ميموزا بوديكا لا يحتوي فقط على مستقبلات لاستشعار المنبه للضوء واللمس ، ولكن أيضًا لهياكل شبيهة بالعضلات في قاعدة كل ورقة تُعرف باسم Pulvini (2). داخل اللب ، يؤدي تفاعل كيميائي حيوي متعدد الخطوات ، والذي ما زلنا لا نفهمه تمامًا ، إلى تقليل ضغط الماء الخلوي ، مما يتسبب في ثني الأوراق معًا ، وعادةً كل ذلك في غضون 1-2 ثانية (3 ، 2 ، 4). والتركيز بعيدًا عن العمليات الأخرى مثل النمو والتكاثر ، لتكون قادرًا على الإحساس والتفاعل وبالتالي تجربة التناقضات في بيئتها أكثر من النباتات الأخرى. # فومو

& # 8220 الأهمية البيولوجية لدي لغز & # 8221 & # 8211ميموزا بوديكا

ككائن مفكر وإدراك ، الميموزا يبدو أنهم يحلون المشاكل التكيفية. بعض أنواع الميموزا تتكيف جيدًا مع البيئات الاستوائية لدرجة أنها تتمتع الآن "بسمعة طيبة لكونها من بين أكثر الأعشاب الضارة انتشارًا في العالم" وتزدهر في معظم المناطق الاستوائية في آسيا وإفريقيا ، مما يجعلها مصدرًا للمشاكل أكثر من كونها تحل المشكلات بالنسبة للبعض الناس (4). ومع ذلك ، في موطنها الأصلي في أمريكا الجنوبية والوسطى ، تم استخدام قدراتها على تثبيت النيتروجين والنمو السريع للحفاظ على التربة وإعادة التحريج (4). عندما تكون متوفرة بكثرة ، يتم استخدامها أيضًا لإنتاج الأخشاب والأغراض الطبية والحطب ، وهي نباتات مشعة جدًا لنبات معروف بأنه مجنون وسيء وخطير للنمو على أرض غير محلية (4). بكل الطرق الميموزا هادف لنا ، يبدو من غير المناسب أننا ما زلنا غير متأكدين من الأهمية البيولوجية للتكيف السريع مع حركة الأوراق للنباتات (4). لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه من وحول هذه النباتات.

في عام 2012 ، قضى عالمان بعض الوقت مع ميموزا بوديكا وأصبح نوع التعلق غير المنظم غير الآمن واضحًا جدًا. تستجيب الأنواع غير المنظمة غير الآمنة في سلوكيات متناقضة متزامنة ، وحركات متكررة ، و / أو تجمد عند الإجهاد أو عدم الراحة. كان العلماء يجربون حمض الساليسيليك باستخدام ميموزا بوديكا. تم التأكيد على النبات الصغير (الذي يتقلص بشكل متكرر بعيدًا عن اللمس) أنه بالنسبة لمعظم النباتات ، يعمل حمض الساليسيليك بشكل مشابه لهرمون النبات وكان آمنًا للبشر ، وغالبًا ما يستخدمونه كعلاج لحب الشباب. لذلك امتصه النبات وبدأت التأثيرات الفيزيائية والكيميائية ، ولكن ليس بالطريقة التي كان يتوقعها. شرع النبات الخجول الفقير في فرط الاستقطاب ، ودفع كل أيوناته السالبة من داخله-زنزانة-و للغشاء الخاص بهم. بناءً على تحليل حيوي أعمق (وبعض الأسئلة حول عدم وجود كلا الوالدين حقًا بالنسبة له باعتباره طفلاً مشيجيًا صغيرًا) ، وجد أن حمض الساليسيليك قد تسبب في فتح العديد من القنوات الأيونية في وقت واحد ، ولم يكن غشاء الميموزا يستجيب ، مما تسبب في حدوث تتجمد الخلايا الحركية حتى ينتهي التفاعل الحمضي. أيد العلماء قرار الميموزا بعدم تجربة حمض الساليسيليك مرة أخرى حتى يتطوروا إلى ما بعد نوع التعلق به (والذي قد لا يفكر أبدًا في عدم قدرتك على التطور في جيل واحد) لأنه من الواضح أنه منع عادات الغشاء والتمثيل الغذائي من العمل كالمعتاد (5).

إذن هناك لديك من خلال تقاطع أنواع الشخصية والتشخيص والتشبيه الطويل جدًا الذي يمكننا فهمه:


تُظهر استجابة طي الأوراق للنبات الحساس مرونة سلوكية تعتمد على السياق

قد يعمل الطي السريع الناجم عن اللمس للأوراق في النباتات الحساسة على ردع الحيوانات العاشبة ، لكنه يعتمد على إمكانات العمل المكلفة بالطاقة ويتداخل مع عملية التمثيل الضوئي. هنا ، اختبرنا ما إذا كانت شدة استجابة الطي في ميموزا بوديكا تم تعديله بناءً على التجارب السابقة ، وما إذا كان التعديل يعتمد على احتمال التعرض للحيوانات العاشبة أو الملقحات. أعيد فتح الأوراق الأصغر سنًا (المعرضة لخطر أكبر على العواشب) بشكل أسرع مع التكرار ولكنها أظهرت طيًا كاملاً في جميع التجارب ، والذي يجب أن يكون أكثر فاعلية كدفاع ، ولكنه يحد من التعرض للضوء للأوراق القديمة الأطول التي تم تغييرها من الطي الكامل إلى الطي الجزئي مع التجارب ، ولكنها حافظت على أوقات إعادة فتح مماثلة ، والتي يجب أن تقلل من الخسارة في عملية التمثيل الضوئي ولكنها أقل فعالية كدفاع. على عكس الأوراق بعيدًا عن النورات ، فإن الأوراق القريبة من النورات (أي من المرجح أن يلمسها زوار الأزهار ، محفز غير ضار) قللت بشكل طفيف من أوقات إعادة الفتح وتحولت من الطي الكامل إلى الطي الجزئي ، وهو مزيج يقل إلى أقل وقت تكون الأوراق فيه خفيفة محدود. أظهرت جميع الأوراق استجابة متزايدة عند تقديم حافز جديد بعد التجارب المتكررة ، مما يشير إلى أن الانخفاض في الاستجابة بعد التحفيز المتكرر لم يكن بسبب استنفاد الآلية. تُظهر هذه الدراسة اللدونة الشبيهة بالتعود في استجابة نبات thigmonastic التي تتوافق مع توقعات نظرية البيئة السلوكية التي تُطبق عادةً على الحيوانات.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


السبت 25 أبريل 2015

الشمس - هل نحن على يقين من أن الدورة الشمسية لا علاقة لها بمدار كوكب المشتري؟

مركز الثقل في النظام الشمسي هو التأثير الذي يجب أن يؤخذ في الاعتبار جسديًا. على الرغم من أن كوكب المشتري يسيطر على الكواكب الأخرى ، إلا أن لها تأثيرًا كبيرًا أيضًا ، إلا أن تحريك الشمس ، بنسبة 99 + ٪ من الكتلة الكلية في النظام الشمسي ، حول نصف قطر شمسي كامل (700000 كم). يتضح هنا

المخطط أدناه صادف أن أتعثر عليه هنا. يُظهر مسافة مركز كتلة النظام الشمسي من مركز الشمس بمرور الوقت ، مع وجود سنوات على الدائرة. لسبب ما ، يمتد من عام 1773 إلى 1851. يتم فصل القمم في منحنى البرسيم بانتظام بحوالي دورة البقع الشمسية ، أو بالأحرى أطول قليلاً. أفترض أن النمط المكون من مصباحين متتابعين كبيرين ومصباحين متتابعين صغيرين يعكسان أن الفترتين المداريتين لكوكب المشتري وزحل تبلغ حوالي 3: 1.

كما يقول StephenG ، هذا مجرد تلميح أو صدفة عددية ، وليس تفسيرًا. مثال آخر هو أن فترة دوران الشمس تشبه تقريبًا الفترة المدارية للقمر حول الأرض ، مع وجود خطأ مشابه ، لكن لا أحد يتخيل أي اتصال هناك.

ومع ذلك ، فمن المعروف أن كواكب المشترى الساخنة ، وهي كواكب عملاقة بالقرب من النجوم ، تتسبب في وجود نقاط نجمية كبيرة تدور مع مدار الكوكب. وتتسبب أقمار المشتري الصغيرة نسبيًا في ظهور بقع مرئية في الشفق القطبي الكوكبي. في الواقع ، تسبب الشمس "بقعة المشتري" الشفقية! لذلك هناك فيزياء حولها في ظل ظروف معينة تخلق تأثيرات تشبه البقع الشمسية.

رسم بياني: مسافة Barycenter من مركز الشمس بمرور الوقت

صورة هابل:الشفق القطبي على قطب المشتري في الأشعة فوق البنفسجية

تشكيل النجوم - هل يمكن للمادة المظلمة أن تقلل من طول الجينز؟

هذا هو مجال البحث النشط. يتنبأ نموذج المادة المظلمة الباردة (CDM) الحالي بتشكيل الهالات من أسفل إلى أعلى ، حيث تتحد الهالات الأصغر في الهالات الأكبر التي نلاحظها بشكل غير مباشر اليوم من خلال قياسات الأشعة السينية للمجموعات. يشير هذا إلى أن هالات المادة المظلمة الصغيرة لن تعيش حتى يومنا هذا.

كان هناك بحث حول إمكانية بقاء الهالات الصغيرة ، لكن التفاعلات مع الهياكل الباريونية الكثيفة ، مثل النجوم ، بالإضافة إلى التدفق بواسطة إمكانات مجرية غير منتظمة تميل إلى القضاء على أي كثافات زائدة صغيرة في التوزيع.

ومع ذلك ، إذا كانت مثل هذه الهالات الصغيرة موجودة بالفعل في الكون المبكر ، فقد تكون قد ساهمت في انهيار الغاز البدائي لتكوين نجوم المجموعة الثالثة. تم إجراء عمليات محاكاة للتحقيق في مثل هذا النموذج ، مع كتل نجمية من السكان III مماثلة لتلك المتوقعة $ (sim100 Modot) $.

لماذا طور النبات الحساس (Mimosa pudica) آلية إغلاق الأوراق الخاصة به؟

هناك العديد من الأسباب التي تجعل Mimosa pudica (يشار إليها الآن باسم مصنع TickleMe) ربما تكون قد طورت آلية الإجازة والإغلاق. لقد لاحظت الحركة عندما هبطت الحشرات على نباتاتي. تشعر الحشرات بالخوف من الحركة لأنها تتحرك بسرعة إلى حد ما عندما ينهار النبات. تحدث حركة مصنع TickleMe أيضًا عند غروب الشمس أو إذا وضعت النبات في غرفة مظلمة. قد تكون هذه طريقة لتقليل فقد الماء عن طريق النتح حيث تنثني الأوراق على بعضها البعض. قد يكون سبب آخر لحركة الإجازة هو كشف الأشواك القليلة الموجودة في النباتات البالغة. قد يكون هذا تحذيرًا آخر للحيوانات العاشبة للابتعاد. في الطقس البارد تغلق نباتات TickleMe أوراقها أيضًا ، يمكن أن تكون هذه طريقة للحفاظ على درجة حرارة الجسم. الكل في الكل ، هذا هو نبات المنزل الأكثر روعة وأنا أتعلم دائمًا أشياء جديدة حول هذا النبات وحلوى القطن الجميلة مثل زهور TickleMe Plant الوردية.


المواد والأساليب

النباتات

ميموزا بوديكا تم الحصول على البذور من Seedvendor.com. تم غمرهم في 70 ٪ (حجم / حجم) من الإيثانول المائي لمدة دقيقة واحدة ، وشطفهم بالماء المعقم ، وغمرهم في 3.075 ٪ هيبوكلوريت الصوديوم (50 ٪ [حجم / حجم] محلول كلوروكس) يحتوي على 0.05 ٪ (حجم / حجم) توين 20 لمدة 10 دقائق ، وشطفها تسع مرات بماء معقم 23 & # x000b0C. تم وضع البذور في ماء معقم 70 & # x000b0C لمدة 16 ساعة عند 23 & # x000b0C. باستخدام ملاقط معقمة ، تم وضع خمسة إلى ستة بذور في أطباق بتري مقاس 100 & # x000d7 مقاس 15 ملم أو 150 & # x000d7 مقاس 15 ملم تحتوي على وسط موراشيج وسكووج 1 & # x000d7 مع فيتامينات (مختبرات فيتو تكنولوجي) و 44 ملم Suc مقوى باستخدام 2٪ (وزن / حجم) أجار منقى بدرجة زراعة الأنسجة (مختبرات PhytoTechnology). نبتت البذور في غضون 2 إلى 3 أيام ونمت تحت أضواء الفلورسنت مع 16 ساعة من الضوء يوميًا عند 23 & # x000b0C. م. بوديكا نبتت البذور في التربة أولاً بتعليقها في 70 & # x000b0C ماء منزوع الأيونات لمدة 16 ساعة عند 23 & # x000b0C. باستخدام الملقط ، تم وضع ثلاث إلى أربع بذور داخل كل وعاء في مجموعة دفيئة مكونة من 36 خلية وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة و # x02019s (Burpee). حدث الإنبات في غضون 4 د. تم زرع الشتلات بعد 14 يومًا من الإنبات في تربة زهرة Miracle-Gro وتربة حديقة الخضروات في أواني بحجم 6 بوصات تحت ظروف الدفيئة. تم تسقي النباتات يوميًا.

أخذ عينات Headspace SPME

تم استخدام ألياف Stableflex مقاس 2 سم ، 50/30 - & # x003bcm divinylbenzene / carboxen / polydimethylsiloxane قياس 24 (Sigma-Aldrich) ، مثبتة داخل مجموعة حامل ألياف SPME اليدوية (Sigma-Aldrich) ، لتحليل غازات فراغ الرأس . تم تكييف ألياف SPME بالتسخين عند 250 & # x000b0C في تيار غاز الهيليوم لمدة ساعتين قبل التحليل مباشرة وخضعت لتحليل طيف الكتلة لتأكيد عدم وجود الأنواع الممتصة قبل أخذ عينات من غازات فراغ الرأس. لتحليل الشتلات ، تم رفع النباتات التي يبلغ عمرها أسبوعًا والتي تم نبتتها بطريقة معقمة على سطح الآجار برفق عند الجذع أسفل الفلقات مباشرة ووضعها على الفور في قنينة زجاجية شفافة سعة 15 مل (ارتفاع od & # x000d7 & # x000d7 معرف ، 21 مم & # x000d7 70 مم & # x000d7 خيط 12 مم 18-400 سيغما-ألدريتش) ، والذي تم تغطيته بصمام لولبي من Mininert (Sigma-Aldrich). بالنسبة لتجارب تحفيز الجذر ، تم لمس جذر الشتلات بإصبع كما هو موضح في الفيديو التكميلي S1 قبل وضعه في القارورة. استغرقت عملية لمس الجذر وإيداعه في القارورة من 10 إلى 15 ثانية تقريبًا. تم بعد ذلك إدخال مجموعة ألياف SPME اليدوية المجهزة بألياف SPME مكيفة في صمام غطاء Mininert ، وتعرضت الألياف لغازات فراغ الرأس لمدة 5 دقائق عند 25 & # x000b0C. ثم تم إجراء تحليل طيف الكتلة للألياف إما عن طريق DART-HRMS أو GC-MS. تم أخذ عينات من غازات فضاء الرأس للنباتات البالغة بالمثل. تم وضع النبات بالكامل في وعاء (1.88 لتر ، 12 سم معرف ، ارتفاع 21 سم) ، والذي تم إغلاقه بغطاء محكم الغلق تم تجهيزه بحاجز مطاطي من خلال مجموعة ألياف SPME. بعد التعرض لمواد متطايرة في فراغ الرأس لمدة 5 دقائق ، تم سحب ألياف SPME ، وتمت إزالة مجموعة الألياف ، ثم تعرضت الألياف على الفور لتحليل مطياف الكتلة. تم إجراء تجارب تحفيز جذر النبات البالغ بالمثل ، باستثناء أن النبات المراد تحليله اقتلع من التربة ، وتمت إزالة الجزء الأكبر من التربة برفق ، وتم ترسيب النبات بأكمله داخل جرة 1.88 لتر كما هو موضح أعلاه.

فصل م. بوديكا الأجزاء الهوائية والجذرية لأخذ عينات مساحة الرأس المستقلة

تم إنشاء جهاز مكون من قضيب زجاجي Pyrex (25.4 مم) وأنبوب أسطواني Pyrex (26.4 مم معرف ، 30 مم تم شراؤه من Sci-Tech Glassblowing) (الشكل التكميلي S3). تم قطع كل من قضيب الزجاج والأنبوب إلى أقسام 90 مم. تم وضع حلقة O (7/8 & # x000d7 1 بوصة) في منتصف القضيب. تم إدخال القضيب في الأنبوب الأسطواني ، وعملت الحلقة O للسماح للقضيب بالوصول إلى منتصف الطريق فقط في الأنبوب. تمت تغطية الطرف المفتوح المقابل للأنبوب بورق ، وتم تعقيم الإعداد بالكامل. بعد ذلك ، تم سكب ما يقرب من 5.5 مل من وسط النبات الموصوف أعلاه ، المكون من وسط موراشيج وسكووج بالفيتامينات (مختبرات PhytoTechnology) ، و Suc ، وأجار اختبار زراعة الخلايا النباتية (Sigma-Aldrich) ، في النهاية المفتوحة للأنبوب الأسطواني. بعد أن تصلب ، تمت إزالة القضيب الزجاجي من الطرف المقابل للأنبوب ، تاركًا وراءه قرص أجار بسمك 1 مم. تم إغلاق أحد طرفي الأنبوب بحاجز جلبة مطاطي معقم (12.7 مم أسفل معرف ، 23.7 مم OD Sigma-Aldrich). 3-d نبتت معقمًا معقمًا م. بوديكا تم وضع البذر على سطح أجار باستخدام ملاقط معقمة. تم حقن الماء المعقم (20 مل) من خلال الحاجز السفلي ، وتم تغطية الطرف المفتوح من الأنبوب برفق ببارافيلم معقم لمنع الأجار من الجفاف. في غضون 48 ساعة ، ظهر جذر الشتلات من الجانب الآخر من قرص أجار ، بحيث عمل الأجار على فصل مساحة الرأس تمامًا عن الأجزاء الهوائية والجذرية. لأخذ عينات من مساحة الجذر ، تم سحب الماء عبر حقنة وتم إدخال ألياف PDMS SPME في الحاجز. لأخذ عينات من فراغ الرأس الهوائي ، تم وضع حاجز مطاطي على الجزء العلوي من الأنبوب وتم إدخال ألياف PDMS SPME في الحاجز. تم أخذ العينات والتحليل كما هو موضح أعلاه.

التحليل الطيفي الكتلي

تم استخدام مقياس الطيف الكتلي عالي الدقة لوقت الرحلة AccuTOF-DART (JEOL USA) لقياسات الكتلة. تم إجراء الأداة والظروف التجريبية للتحليل المباشر في قياسات قياس الطيف الكتلي في وقت الرحلة الفعلي كما هو موضح سابقًا (Kubec et al. ، 2010) ، باستثناء أن غازات فراغ الرأس تم امتصاصها أولاً على ألياف SPME ، والتي تم تحليلها بعد ذلك عند 250 & # x000b0C. للتحليل ، تم تعليق الألياف لبضع ثوان عند مدخل مقياس الطيف الكتلي ، وتم تسجيل الطيف الناتج حتى عدم اكتشاف جزيئات ممتصة. تم إجراء المعايرة ، والتوسيط الطيفي ، وطرح الخلفية ، ونقطة الذروة لأطياف الكتلة باستخدام برنامج معالجة البيانات TSSPro3 (Shrader Software Solutions). تم استخدام برنامج Mass Mountaineer (www.mass-spec-software.com) لتحليلات الطيف الكتلي والتكوين الطيفي للعناصر وتحليلات النظائر. تم إجراء المعايرة باستخدام خليط بولي إيثيلين جلايكول (PEG 200 و 400 و 600 و 1000). تم إجراء التجارب التي تم فيها رصد التغيرات في ملامح انبعاث الجزيئات (لمقارنة الجذور غير المحفزة والمحفزة) في وضع الأيونات السالبة. أجريت التجارب في ثلاث نسخ. ال م / ض تم اختيار قيم الجزيئات التي كانت أعداد الأيونات غير المستحثة مقابل الأيونات المحفزة مختلفة ضمن الخطأ التجريبي في TSSPro وخضعت لتكامل منطقة الذروة لكل تحليل ألياف SPME. تم تصدير مخططات الكروماتوجرام الأيونية المعاد بناؤها لهذه القمم لكل عينة إلى Excel. حساب منطقة الذروة الإجمالية للفرد م / ض تم حساب القيم لكل عينة ثم تم جمعها للحصول على تعداد منطقة الذروة الإجمالية. تم حساب متوسط ​​تعداد منطقة الذروة الفردية المكررة الثلاثة ، وتم حساب متوسط ​​عدد منطقة الذروة الإجمالية. تم إجراء تحليل GC-MS باستخدام كروماتوجراف غاز Agilent HP 6890 مقترنًا بكاشف انتقائي جماعي HP 5972A (Agilent Technologies). تم أخذ عينات من غازات فراغ الرأس من النباتات المحفزة للجذر وتحليلها كما هو موضح سابقًا (Haines ، 1991) باستخدام عمود شعري (مطياف الكتلة HP-5 ، 30 m & # x000d7 0.25 mm ، 0.25 & # x000b5m) في ظل الظروف التالية: درجة حرارة الفرن ، 50 & # x000b0C ، مرفوع خطيًا بمعدل 20 & # x000b0C min & # x022121 إلى 200 & # x000b0C درجة حرارة مدخل ، 100 & # x000b0C وضع مدخل ، غاز ناقل غير مقسم ، هيليوم ، بمعدل تدفق 1 مل دقيقة & # x022121 وضع التأين و EI + و 70 eV و 300 & # x003bcA.

المجهر

تم إجراء مسح التصوير بالمجهر الإلكتروني للشتلات التي لم تمسها ولم تمسها تحت cSEM عند السائل N2 درجة الحرارة. تم استخدام طريقتين.

طريقة 1

تم وضع شتلة عمرها أسبوع واحد بعناية على كتلة أخذ عينات SEM (JEOL USA) التي تم تجهيزها بمشابك تم استخدامها لتثبيت الشتلات في مكانها. ثم تم غرق الإعداد بالكامل في ديوار من السائل N2، حيث سُمح لها بالموازنة. ثم تم عرض كتلة أخذ العينات مع الشتلات باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح JSM-6610LV (JEOL USA). مع تحضير العينات بهذه الطريقة ، تم الحفاظ على انتفاخ الجذور لفترة طويلة أثناء التحليل (كما هو موضح في الشكل 4).

الطريقة الثانية

تم غمر كتلة أخذ عينات SEM (JEOL USA) في سائل N2 لمدة 15 دقيقة. ثم تمت إزالة الكتلة من السائل N.2، وتم تجميد شتلة عمرها أسبوع واحد عن طريق وضعها بسرعة على السائل N2كتلة أخذ العينات SEM المبردة. تم بعد ذلك تصوير العينة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح JSM-IT300LV (JEOL USA).

المجهر الضوئي

م. بوديكا تم عرض الجذور باستخدام مجهر استريو SMZ800 من نيكون مزود بكاميرا مجهر Nikon DS Fi2.

مضان الأشعة السينية

تم إجراء قياسات مضان الأشعة السينية باستخدام مطياف مضان للأشعة السينية مشتت للطاقة من JEOL USA JSX-1000.

تجارب تحفيز الجذور

جذور م. بوديكا تم رفع الشتلات التي نبتت بطريقة معقمة على أجار من سرير أجار بملاقط من الفولاذ المقاوم للصدأ في الساق أسفل الفلقة وتعرضت لجلد الإنسان والتربة كما هو موضح في مقاطع الفيديو التكميلية S1 و S2 ، على التوالي. لتحديد ما إذا كان التعرض لأشكال أخرى من المادة قد أثار رائحة يمكن اكتشافها للبشر ، تم لمس الجذور بالمواد التالية ، إما بنقرة واحدة مع المادة ، كما هو موضح في الفيديو التكميلي S1 ، أو ، في حالة التربة ، عن طريق السحب الجذر عبر السطح ، كما هو موضح في الفيديو التكميلي S2: ملعقة معدنية مقاس 12 & # x000d7 مقاس 0.2 بوصة (410 من الفولاذ المقاوم للصدأ Fisher Scientific) قضيب تحريك زجاجي مقاس 6 & # x000d7 0.19 بوصة (Fisher Scientific) و 4 - مسواك خشبي بوصة (Diamond L & # x02019Elegance ، أعواد أسنان طويلة جدًا ، بدون إضافات). بالنسبة لبعض التجارب ، تم إجراء تعريض للجذور للمحفزات المعدنية والزجاجية والخشبية أثناء عرض الجذور باستخدام مجهر مجسم SMZ800 من نيكون لتحديد ما إذا كانت الهياكل على طول عمود الجذر قد تم تعديلها عند التعرض للمواد المختلفة. بالنسبة للتجارب الأخرى ، تم تصوير الجذور بواسطة cSEM قبل وبعد التعرض لجلد الإنسان.

كشف الرائحة

انبعاث الرائحة من سن 7 د م. بوديكا تم تقييم الشتلات من قبل لجنة مكونة من خمسة أفراد قاموا بتقييم العينات على أنها إما لا تحتوي على رائحة يمكن اكتشافها أو رائحة يمكن اكتشافها. تعرض كل عضو في اللجنة لخمسة شتلات قبل التحفيز وبعده. تم تعليق الشتلات على بعد بوصة واحدة تقريبًا من أنف كل عضو قبل وبعد تحفيز الجذر.

تجارب انبعاث الروائح

انبعاث الرائحة من سن 7 د م. بوديكا يمكن استنباط الشتلات عن طريق سحب جذور الشتلات عبر سطح التربة أو تعريض الشتلات إلى نقرة واحدة بإصبع بشري (كما هو موضح في مقاطع الفيديو التكميلية S2 و S1 ، على التوالي). لتجارب التربة ، تم الاستغناء عن 30 جم من تربة حديقة Miracle-Gro في قاع طبق بتري (100- & # x000d7 25 مم طبق من البوليسترين PhytoTechnology Laboratories). أسبوع واحد م. بوديكا تم رفع الشتلات بعناية من ألواح أجار عند جذع الشتلات أسفل النبتة مباشرةً باستخدام ملاقط من الفولاذ المقاوم للصدأ. تم بعد ذلك سحب جذور الشتلات على طول سطح التربة أثناء حملها بالملاقط (فيديو إضافي S2). بالنسبة لتجارب لمسة الإصبع البشرية ، عمرها 7 د م. بوديكا تم استغلال جذور الشتلات مرة واحدة بإصبعك كما هو موضح في الفيديو التكميلي S1. لاختبار ما إذا كان يمكن اكتشاف رائحة ما إذا تعرض جذر الشتلات لأشكال أخرى من المادة ، تم استغلال جذور الشتلات مرة واحدة باستخدام (1) قضيب تقليب زجاجي مقاس 6 & # x000d7 مقاس 0.19 بوصة (Fisher Scientific) (2) a 12 - & # x000d7 ملعقة معدنية مقاس 0.2 بوصة (410 من الفولاذ المقاوم للصدأ Fisher Scientific) و (3) عود أسنان خشبي مقاس 4 بوصات (Diamond L & # x02019Elegance أعواد أسنان طويلة جدًا ، بدون إضافات). كما تم تحديد تأثير تحفيز أجزاء النبات الهوائية على الكشف عن الرائحة. تم الاحتفاظ بنبتات الشتلات التي يبلغ عمرها 7 أيام والتي لم تتعرض جذورها لمحفزات انبعاث الرائحة بين الإبهام والسبابة لمدة 5 إلى 30 ثانية ثم تم إطلاقها. ثم تم تسجيل ما إذا تم الكشف عن رائحة.

البيانات التكميلية

المواد التكميلية التالية متوفرة.

الشكل التكميلي S1. م. بوديكا نبتت الشتلات على أجار تظهر جذر الصنبور المفرد الذي يظهر.

الشكل التكميلي S2. تستخدم مجموعة تحليل غاز فراغ الرأس التمثيلي لأخذ عينات من الغازات الناتجة عن التقليب م. بوديكا جذور الشتلات.

الشكل التكميلي S3. جهاز غرفة نمو الزجاج مصمم لأخذ عينات واكتشاف غازات فراغ الرأس في الجذر مقابل الأجزاء الهوائية من م. بوديكا الشتلات بشكل مستقل.

الشكل التكميلي S4. تحديد انبعاث الرائحة في الجذور المحفزة وغير المستحثة بواسطة لوحة بشرية غير مدربة مكونة من خمسة أفراد.

الشكل التكميلي S5. النتائج النموذجية التي تم الحصول عليها لتحليل GC-MS لفراغ الرأس م. بوديكا الجذور.

الشكل التكميلي S6. صورة مجهرية ضوئية لجزء من م. بوديكا جذر الشتلات بتكبير 6 & # x000d7 ، يظهر هياكل شبيهة بالشعر ظهرت في مجموعات على طول جذع الجذر.

الشكل التكميلي S7. صورة مجهرية cSEM مع تحليل EDS لقسم من م. بوديكا جذر.

الجدول التكميلي S1. قياسات الكتلة لأطياف DART-HRMS لوضع الأيونات الموجبة والسالبة لمساحة الرأس لعمر 7 د م. بوديكا الشتلات في حالة عدم وجود منبهات الرائحة.

الجدول التكميلي S2. قياسات الكتلة لوضع الأيونات السالبة أطياف DART-HRMS للأجزاء الجذرية والجوية لطفل عمره أسبوع واحد م. بوديكا الشتلات.

الجدول التكميلي S3. قياسات الكتلة لأطياف DART-HRMS لوضع الأيونات الإيجابية م. بوديكا الشتلات والنباتات البالغة بعد تحفيز الجذور.

الجدول التكميلي S4. قياسات الكتلة عالية الدقة لأطياف DART-HRMS لوضع الأيونات السالبة للاضطراب م. بوديكا الشتلات وجذور النباتات البالغة.

فيديو تكميلي S1. عرض توضيحي لكيفية استنباط انبعاث مركبات الرائحة من a م. بوديكا الجذر عن طريق تعريض الجذور لجلد الإنسان.

فيديو تكميلي S2. عرض توضيحي لكيفية استنباط انبعاث مركبات الرائحة من a م. بوديكا الجذر عن طريق تعرض الجذر للتربة.


مقدمة

تستخدم الحيوانات مجموعة متنوعة من الدفاعات السلوكية والجسدية لتقليل مخاطر الافتراس (Lima & amp Dill ، 1990 Caro ، 2005 Verdolin ، 2006). تقلل الحيوانات من احتمالية الافتراس من خلال الدفاعات التأسيسية والمحفزة (Bourdeau & amp Johansson، 2012 Välimäki، Herczeg & amp Merilä، 2012). لا تتطلب الدفاعات التأسيسية محفزات بيئية للتنشيط (Harvell ، 1990) وسيتم التعبير عنها بغض النظر عن وجود المفترس (Clark & ​​amp Harvell ، 1992) بينما الدفاعات المحرضة هي استجابات سلوكية يتم نشرها فقط في وجود تهديد (Clark & ​​amp Harvell ، 1992) . النباتات ، مثل الحيوانات ، تقلل أيضًا من مخاطر الافتراس باستخدام الدفاعات المحرضة (Haukioja، 1991 Adler & amp Karban، 1994 Dicke & amp Hilker، 2003). يمكن للنباتات إنتاج السموم والأشواك والشعر استجابةً للحيوانات العاشبة (Tollrian & amp Harvell ، 1999). عند استخدامها بشكل صحيح ، تمنح هذه الدفاعات المحفزة مقاومة أكبر للهجوم وتحسين فرص البقاء على قيد الحياة (Harvell ، 1990). ومع ذلك ، فإن فوائد هذه الدفاعات يتم موازنتها بتكلفة النمو والتكاثر والبقاء التي تتكبدها (Harvell ، 1990). وبالتالي يجب أن تتصرف الفريسة بطرق تعمل على تحسين المفاضلات بين النمو والتكاثر والدفاع (Ives & amp Dobson ، 1987). تحدث العديد من التغييرات المظهرية الدفاعية على نطاق زمني طويل والمفاضلات التي تتطلبها تحدث على مدار عمر النبات. في حين أن بعض الدفاعات قصيرة النطاق لا تنطوي على إنتاج السموم أو الهياكل ، إلا أنها قد تظل مكلفة في نشرها.

نباتات حساسة ميموزا بوديكا (L.) هي شجيرة استوائية وهي نظام مثالي لدراسة الدفاعات المحفزة التي تحدث على نطاق زمني قصير. تطوي النباتات الحساسة أوراقها إلى الداخل عند لمسها ، مما يقلل من مساحة السطح المعرضة للحيوانات المفترسة المحتملة (Jensen، Dill & amp Cahill، 2011). تبدأ هذه الآلية عندما يتسبب المنبه في تدفق البوتاسيوم داخل الورقة ، مما يؤدي إلى فقدان ضغط التورم ، مما يؤدي إلى إغلاق الأوراق وتسببها في التدلي (Allen ، 1969 Fleurat-Lessard et al. ، 1997). على الرغم من أن الاختباء من الحيوانات المفترسة قد يقلل من مخاطر الحيوانات العاشبة ، إلا أن الأوراق المغلقة لا تقوم بعملية التمثيل الضوئي بشكل فعال (Hoddinott ، 1977). نظرًا لأن إغلاق الأوراق ينطوي على تكلفة نشطة ويحد من قدرة النبات على التمثيل الضوئي ، مثل الحيوانات (Cooper ، 2003) ، يجب اختيار النباتات الحساسة لتحسين هذا السلوك الدفاعي (Fleurat-Lessard et al. ، 1997).

الدفاع الأمثل يتعلق بالظروف المحلية والحالة الفردية (Riechert & amp Hedrick ، ​​1993 Shudo & amp Iwasa ، 2001). تعطي الحيوانات ذات الحالة الأسوأ الأولوية للبحث عن الطعام أكثر من الأنواع التي تمتلك احتياطيات طاقة وفيرة ، حتى مع وجود مخاطر كبيرة (باكمان ، 1993). على سبيل المثال ، الغرير أصفر البطن (مارموتا فلافيفنتر) في حالة جسم أسوأ من المتوقع أن تظهر في وقت أقرب بعد اكتشاف حيوان مفترس ، مما يؤدي إلى قبول مخاطر أكبر من الافتراس لكسب المزيد من الموارد (Rhoades & amp Blumstein ، 2007). في الواقع ، وجد التحليل التلوي أن الحيوانات التي تتمتع بحالة أفضل لديها مسافات أطول لبدء الطيران لأنها تستطيع تحمل الفرار في وقت أسرع من الأنواع المجهدة للطاقة ، وبالتالي ستعطي الأولوية للطيران على البحث عن الطعام (Stankowich & amp Blumstein ، 2005).

في النباتات الحساسة ، يؤدي إغلاق الأوراق إلى تقليل التمثيل الضوئي بنسبة 40٪ في المتوسط ​​(Hoddinott ، 1977). تعتمد كيفية تقييم المصنع الفردي للحاجة إلى البناء الضوئي مقابل الحاجة إلى الإغلاق على توافر الضوء وحالته (Simon، Hodson & amp Roitberg، 2016). النباتات الأكثر تعرضًا لأشعة الشمس ستظل مغلقة لفترة أطول من النباتات المحرومة من أشعة الشمس (جنسن ، ديل وأمبير كاهيل ، 2011). علاوة على ذلك ، فإن النباتات في البيئات الأسوأ ستعمل باستمرار على اتخاذ قرارات عالية الخطورة بشأن البحث عن العلف مقارنة بالنباتات في البيئات الجيدة (Simon، Hodson & amp Roitberg، 2016). بينما تمكن Jensen و Dill & amp Cahill (2011) من إظهار أن حالة الضوء المعدلة لسلوك إغلاق المصنع ، أظهر Simon و Hodson & amp Roitberg (2016) أن النباتات كانت متسقة بشكل فردي في هذا السلوك على مدار عدة أسابيع. الأهم من ذلك ، قام Simon و Hodson & amp Roitberg (2016) بتوحيد الظروف في المختبر الذي أجريت فيه تجاربهم للتحكم في التركيب الوراثي والعوامل البيئية الأخرى. ومع ذلك ، من غير المفهوم جيدًا ما إذا كانت النباتات تظهر اختلافات فردية متسقة في بيئة مجال غير متجانسة سريعة التغير وكيف.

عندما يتم توحيد الظروف في المختبر ، قد تظل الحيوانات من نفس النوع والعمر والجنس تختلف في سلوكها وتشكلها (Carere & amp Maestripieri ، 2013). إذا كانت هذه الاختلافات تختلف باستمرار بين الأفراد ، فهذا دليل على الشخصية أو المزاج (Dall، Houston & amp McNamara، 2004). الحيوانات الفردية التي تختلف على طول سلسلة مزاجية لها تكاليف وفوائد لياقة مختلفة مرتبطة (Dingemanse & amp Réale، 2005 Carere & amp Maestripieri، 2013 Sih et al.، 2004). غالبًا ما ترتبط سمة مزاجية متسقة عبر السياقات ويمكن وصف ذلك بأنه متلازمة سلوكية. على سبيل المثال ، قد تكون الأنماط الظاهرية الأكثر جرأة أكثر مهارة في منافسة الشريك ، ولكن عند مواجهة حيوان مفترس ، وإذا انتقلت الجرأة إلى هذا السياق ، فمن المرجح أن تُقتل الحيوانات الأكثر جرأة (Smith & amp Blumstein ، 2008). ومع ذلك ، تم العثور على بعض أقوى الأدلة على الشخصية في ظل الظروف الميدانية ، حيث تظل الفروق الفردية متسقة على الرغم من البيئات الأكثر تنوعًا التي تواجهها الطبيعة. مثلما تُظهر كل من الحيوانات والنباتات سلوكًا مضادًا للجراثيم ، فمن الممكن أن تستجيب النباتات ، مثل الحيوانات ، للتهديدات بطرق متسقة.

We aimed to understand the extent to which sensitive plants are individually specific in their induced hiding response in a natural setting and if the decision to open their leaves to photosynthesize (i.e., forage) are made at a leaf or plant level. The study of individual responses in plants sheds light on how individual plants may respond to environmental challenges. By adopting an individual reaction norm approach, where individual’s responses are studied across multiple contexts and intervals (Stamps & Biro, 2016), we further our understanding of plasticity in plants. If, as seen in animals, the assessment of benefits and costs varies between individual plants, then we expect plants to have individualistic responses. If so, we expect plant condition to explain variation in these responses.


المقدمة

Mimosa pudica لين. is a thigmonastic or seismonastic plant in which the leaves close and the petiole hangs down in response to certain stressors such as a wound, wind, vibration, touch, hot or cold stimulus, drought or change in illumination ( Bose 1913, 1918 ). The unique anatomy of the M. pudica contributes to the response mechanism of the plant (Fig. 1). The plant contains long, slender branches called petioles, which can fall because of mechanical, thermal or electrical stimulus. The petioles contain smaller pinnae, arranged on the midrib of the pinna. Pinnules are the smallest leaflets, while the entire leaf contains petioles, pinnae and pinnules. A pulvinus is a joint-like thickening at the base of a plant leaf or leaflet that facilitates thigmonastic movements. Primary, secondary and tertiary pulvini are responsible for the movement of the petiole, pinna and leaflets, respectively ( Shimmen 2006 ).

The structure of Mimosa pudica.

While the mechanism of thigmonastic movement in M. pudica is not clear at the present time, there are a few hypotheses. One such hypothesis states that the thigmonastic movement of M. pudica is powered by a sudden loss of turgor pressure in the motor cells of the pulvinus at the base of each leaf or leaflet ( Bose 1918 Temmei وآخرون. 2005 ). Through the usage of nuclear magnetic resonance, it was possible to observe the movement of water from the lower half of the pulvinus to the upper half of the pulvinus following a mechanical stimulus ( Tamiya وآخرون. 1988 ).

There is an opinion that ATPase activity is strongly involved in the thigmonastic movement of M. pudica ( Liubimova, Deminovskaya & Fedorovich 1964 Liubimova-Engel'gardt وآخرون. 1978 ), and a high density of H + -ATPase in the phloem and pulvini was found ( Fleurat-Lessard وآخرون. 1997 ).

Balmer & Franks (1975) found that the seismonastic movement of M. pudica's petiole after electrostimulation by 200–400 V between soil and a pulvinus is comparable to typical animal muscle movements. The actin cytoskeleton in the pulvinus plays an important role in the petiole bending. Kameyama وآخرون. (2000) found that the actin in M. pudica is heavily tyrosine phosphorylated, and that changes in the extent of phosphorylation correlate with the degree of bending of the plant's petioles. Ion channels in the pulvinus are involved in the redistribution of potassium, chloride and calcium ions during the gravitotropically induced movement of M. pudica ( Roblin & Fleurate-Lessard 1987 ). The contractile characteristics were found to be remarkably similar to those of intact animal muscle ( Balmer & Franks 1975 ). Yao, Xu & Yuan (2008) demonstrated that depolymerization of the actin cytoskeleton in the pulvinus in response to electrical signals resulted in increased levels of calcium concentration.

Thigmonastic or seismonastic movements, such as response to touch, appear to be regulated by electrical and chemical signal transduction, spreading the stimulus throughout the plant ( Kagawa & Saito 2000 ). Electrical signals can induce chemical processes, which were described by Ricca (1916) in the chemical transmission hypothesis. The action potentials that occur in plants have many of the same properties as the action potentials that occur in animals ( Bose 1902, 1907, 1926, 1928 Houwink 1938 Volkov 2000 Volkov وآخرون. 2007 ). These properties include the all-or-none law, threshold potentials and refractory periods. The transmission of an action potential induced by a gentle touch is halted at the base of a single pinna, and no further transmission occurs, leaving leaflets from neighbouring pinna unfolded ( Shimmen 2006 ). Action potentials propagate in the phloem and protoxylem parenchyma of M. pudica ( Houwink 1938 Sibaoka 1962 ). The cell's depolarization results from a Cl – efflux followed by a K + efflux, which initiates the repolarization phase ( Sibaoka 1991 ).

According to Shimmen (2006) , there are three types of electrical signalling in M. pudica: م-wave with an action potential speed of 1.5–4 cm s –1 , which cannot pass through the pulvinus س-wave or variation potential with a speed of 0.2–0.5 cm s –1 and ص-wave with a speed of 6–12 cm s –1 . As shown in Table 1, literature data on electrical signalling in M. pudica have very significant discrepancies between different groups of researchers and even between different publications from the same group. The reasoning behind why there is such difference in amplitude, speed and duration of action potentials could not be found in any publication. The electrical signals in M. pudica were usually measured by a single differential voltmeter, but it is not clear if they follow the all-or-nothing law, and their threshold potentials and refractory periods remain unknown. The stimulation of a pinna by a flame generates electrical signals, which are not action potentials because the resting potential did not return back to the initial value after propagation of the electrical signal ( Koziolek وآخرون. 2003). Fromm & Lautner (2007) reported that cooling or mechanically touching the pinna evoked action potentials with an amplitude of 150 mV, a 5 s duration time and a speed of 2–3 cm s –1 . According to literature, the amplitude of action potentials varies from 16 to 210 mV, and the duration of electrical signals varies from 1.2 to 2000 s (Table 1).

Amplitude (mV) Duration (s) Speed (cm s –1 ) الطول (سم) المرجعي
1 20 5 ? ? Abe 1980
2 20 10 ? ? Abe 1981
3 100 >15 ? ? Abe & Oda 1976
4 145 8 ? ? Fromm 1991
5 140 7–10 ? ? Fromm & Eschrich 1988
6 150 5 2–3 10–15 Fromm & Lautner 2007
7 ? 15 2 ? Houwink 1935
8 & 150 ? ? Houwink 1938
9 150 >750 ? ? Kaiser & Grams 2006
10 80–100 electrical signals >300 0.4–0.8 >120 Koziolek وآخرون. 2003
11 100 2.5 ? ? Oda & Abe 1972
12 40–70 5 4 20 Oda & Abe 1972
13 100 15 ? ? Roblin 1979
14 57 ± 16 1770 ± 300 ? ? Roblin 1982
15 119 ± 20 780 ± 120 ? ? Roblin 1982
16 16 ± 7 1890 ± 420 ? ? Roblin 1982
17 105 ± 14 900 ± 60 ? ? Roblin 1982
18 120 4 2–3 ? Sibaoka 1966
19 140 ± 12 3 2–3 6–9 Sibaoka 1962
20 141 ± 15 5 2–3 10–15 Sibaoka 1962
21 80 ? 0.3–0.7 ? Sibaoka 1969
22 60 ? 4–5 ? Sibaoka 1969
23 110, 170 >5 ? ? Sibaoka 1991
24 210 1.2 ? ? Stoeckel & Takeda 1993
25 100 7 ? ? Tinz-Füchtmeier & Gradmann 1990
26 60 ? 4–5 ? Umrath 1937
27 140 7–10 2.7 19–27 Eschrich 1989

There are a few possible reasons for this strange discrepancy including but not limited to: (1) aliasing caused by a low scanning rate of data acquisition systems without low-pass filters or with slow voltmeters with a resolution of 20–100 ms (2) slow ion-sensitive electrodes with membranes and (3) high impedance of M. pudica tissue which does not permit the use of fast oscilloscopes or high-speed data acquisition systems with a low input impedance. While the effect of aliasing on the reproducibility of action potentials measurements in plants was discussed in detail by Lang & Volkov (2008) , electrical signalling in M. pudica requires additional study. It is possible that various stimuli generate different electrical signals in the pulvinus, stem and leaves of M. pudica.

Plants can react to mechanical stimuli by using mechanosensitive channels. These channels are found in the cells of various types of organisms – animal, plant, fungal and bacterial. The omnipresence of these channels indicates their important physiological function in the regulation of osmolarity, cell volume and growth. They are ideal transducers of physiologically relevant mechanical forces ( Markin & Sachs 2004 ). Mechanosensory ion channels in plants are activated by mechanical stress, and transduce the sensed information into electrical signals. In higher plants, these channels can be involved in response to environmental stress ( Markin, Volkov & Jovanov 2008 Volkov, Carrell & Markin 2009b ).

Plants have evolved sophisticated systems to sense environmental stimuli for adaptation, as well as to sense signals from other cells for coordinated action ( Trewavas 2003, 2005 Volkov 2006a,b Volkov & Brown 2006a,b Volkov وآخرون. 2008a Volkov, Coopwood & Markin 2008b ). Plants synchronize their normal biological functions and their responses to the environment ( Bertholon 1783 Barlow 2008 ). The bioelectrochemical systems in plants not only regulate stress responses, but photosynthetic processes as well ( Bulychev, Niyazova & Turovetsky 1986 Koziolek وآخرون. 2003 Pikulenko & Bulychev 2005 Volkov & Brown 2006a,b ). The synchronization of internal functions based on external events is linked to the phenomenon of excitability in plant cells. The generation of electrochemical fluxes is a fundamental aspect of signal transduction. Ion channels are responsible for the transduction of mammalian and plant action potentials. In plants, these potentials can be induced through mechanical stimulation, changing the direction of light (phototropism and heliotropism), chemical treatment, electrostimulation and plant–insect interaction ( Volkov & Haack 1995 ). Most plants respond to mechanical stimuli, and those with rapid and highly noticeable touch-stimulated responses have received much attention, such as the Venus flytrap (Dionaea muscipula Ellis) ( Darwin 1875 Volkov وآخرون. 2007, 2008a,b, 2009a,b,c Markin وآخرون. 2008 ) or M. pudica ( Bose 1907, 1918, 1926 Malone 1994 1996 Fleurat-Lessard وآخرون. 1997 , Yao وآخرون. 2008 ).

In the study reported, we analysed the biologically closed electrical circuits in M. pudica through electrostimulation of the pulvinus and petiole using new charged capacitor method ( Volkov وآخرون. 2007, 2008a,b, 2009a,b ,c). We then evaluated an equivalent electrical scheme of the electrical signal transduction inside this plant.


“Neural capacity” in Mimosa pudica: a review 1

A selective review of the rapid movement displayed by the “sensitive” plant, Mimosa pudica قدم. This paper attempts to elucidate the similarities that exist between animal systems and the plant Mimosa. Various fundamental analogies are described as follows: (1) Mimosa, like animals, displays behavioral plasticity or modification in response to specific stimuli (2) Mimosa contains specialized structures which play roles similar to various structures associated with animals. Specialized phloem cells in Mimosa constitute a conduction pathway not unlike a simple nerve in animals. Mimosa motor organs display properties similar to animal muscles. All specialized structures enable Mimosa to exhibit morphological movements via stimulus induction (3) The mechanisms involved in the animal and Mimosa response appear to be similar at a physiological and biochemical level. These primarily being (a) transmission and propagation of electrical potential, (b) ionic exchange, (c) membrane permeability modification, (d) cation involvement, (e) use of transmitter-like substances, and (f) energy dependence (4) Similar effects are induced by various chemical agents in Mimosa and animals. Based on these similarities it is suggested that the plant Mimosa contains a neural capacity which manifests itself through a simple “nervous system.” Theoretical interpretations are presented which attempt to relate current psychobiological research to factors involved in Mimosa pudica. استخدام Mimosa as a subject of investigation in the neurosciences at the classroom and laboratory research level is stressed.

The author expresses appreciation to Drs. Mike G. Boyer, George P. Dimitroff, and Klaus-Peter Ossenkopp for their helpful criticism of portions of this paper. Thanks also to Deborah A. Laughlin for assistance in the preparation of this manuscript.


Brains Aren’t Needed for Making Memories

That’s what we know now, thanks to studies like the one done in 2014 at the University of Western Australia that focused on “the sensitive plant.” Mimosa pudica closes its leaves in response to touch or sudden stress. And, through observing how M. pudica plants responded to repeatedly being exposed to a stressful situation that didn’t cause them harm, the researchers discovered that these plants could learn.

The plants very quickly stopped curling their leaves (which takes precious energy) in response to being “alarmed” but not harmed, showing they had learned that, in this scenario, leaf-closing was a waste of time. What’s more, when exposed to the same “scary” situation one month later, the plants didn’t bother closing their leaves in response, demonstrating they had “remembered” that earlier lesson they’d learned.


النتائج

Effect of touching and repeated leaf closure

Touch itself had a significant effect on biomass the average total biomass of touched plants was greater than that of the untouched control plants (mean: 1.439 ± 0.315 g SE) whether the plant was touched during the day (68% greater mean: 2.416 ± 0.360 g) or night (84% greater mean: 2.650 ± 0.293 g) (ANCOVA: F2, 22 = 4.786, ص = 0.019) (Fig. 2A). Control plants differed from day and night-touch plants in root biomass (ANCOVA: F2, 22 = 3.917, ص = 0.035) (Fig. 2C) and night-touch plants in shoot biomass (ANCOVA: F2, 22 = 4.433, ص = 0.024) (Fig. 2B). The touched plants did not differ from each other in total biomass, shoot biomass or root biomass (Fig. 2).

Night-touch plants produced a greater number of inflorescences (ANCOVA: F2, 22 = 6.017, ص = 0.008) and inflorescence biomass (ANCOVA: F2, 22 = 5.266, ص = 0.014) than both control and day-touch plants (Fig. 3A, B). On average, night-touch plants produced 107% more inflorescences (mean: 19.7 ± 2.3) and 117% greater inflorescence biomass (mean: 0.161 ± 0.022 g) than control plants (no. inflorescence mean: 9.5 ± 2.5 inflorescence biomass mean: 0.074 ± 0.023 g), and 66% more inflorescences and 89% greater inflorescence biomass than day-touch plants (no. inflorescence mean: 11.8 ± 2.8 inflorescence biomass mean: 0.085 ± 0.027 g) (Fig. 3A, B). Overall, plants with greater total biomass produced more inflorescences plants with twice the total biomass produced approximately twice as many inflorescences (linear regression: no. inflorescences = 7.211·biomass(g) – 1.539, dfخطأ = 25, ص 2 = 0.596, ص & lt 0.001). However, the slope of relationship between inflorescence biomass and total biomass was different among treatments indicative of a shift in allocation (ANCOVA: total biomass × treatment interaction: F3, 21 = 9.531, ص & lt 0.001). Day-touch plants had a smaller proportion of inflorescence biomass to total biomass compared to night-touch and control plants. Control and day-touch plants did not significantly differ in the number of inflorescences or inflorescence biomass produced (Fig. 3A, B).

Night-touch plants (mean: 27.2 ± 3.9 cm) grew laterally with greater maximum width (ANCOVA: F2, 22 = 3.743, ص = 0.040) than control (56% greater mean: 17.5 ± 1.8 cm) and day-touch plants (27% greater mean: 21.5 ± 2.3 cm) (Fig. 4B). Stem diameter of night-touch plants (mean: 2.82 ± 0.29 mm) was 39% greater than control plants (mean: 2.03 ± 0.13 mm) (ANCOVA: F2, 22 = 4.095, ص = 0.031). Day-touch plants (mean: 2.59 ± 0.27 mm) averaged 26% greater stem base diameter (not significant [N.S.]) than Control (Fig. 4C). There was no significant difference in final plant height among treatments (ANCOVA: F2, 22 = 0.447, ص = 0.645) (Fig. 4A).

Relationship between biomass and plant traits

Other traits also increased linearly with increasing total biomass: height (height(cm) = 2.522 biomass(g) + 7.962, dfخطأ = 25, ص 2 = 0.337, ص = 0.01) maximum width (width(cm) = 6.798 biomass(g) + 7.636, dfخطأ = 25, ص 2 = 0.672, ص < 0.001) number of leaflets (no. leaflets = 4.165 biomass(g) + 4.749, dfخطأ = 25, ص 2 = 0.685, ص < 0.001) longest spine length (spine length(cm) = 0.307 biomass(g) + 3.187, dfخطأ = 25, ص 2 = 0.157, ص = 0.04).

Effect on plant behavior

The length of time for leaflets of control and day-touch plants to re-open to 75% of their initial breadth upon closure was similar across PAR levels of 50 to 250 μmol m −2 s −1 (repeated measures ANCOVA: F1, 11.9 = 0.02, ص = 0.968) (Fig. 5). In day-touch plants time for 75% re-opening increased with higher PAR levels and on average each 100% increase in PAR resulted in approximately 32% longer times to 75% re-opening (linear regression: ذ = 0.748x + 160.1, ص 2 = 0.386, ص = 0.024). In night-touch plants, time to 75% re-opening also increased with higher PAR levels and on average each 100% increase in PAR resulted in approximately 50% longer times to 75% re-opening (linear regression: ذ = 0.839x + 83.5, ص 2 = 0.426, ص = 0.001). The slope of the relationship between 75% re-opening times and PAR did not change with treatment on either observation day (ANCOVAday10: treatment × PAR interaction: F2, 18 = 1.866, ص = 0.172, ANCOVAday17: treatment × PAR interaction, F2, 18 = 0.429, ص = 0.658). However, control and day-touch plants had on average 35% longer times for 75% re-opening compared to night-touch plants for any given PAR level (repeated measures ANCOVA: F2, 20.7 = 6.395, ص = 0.007).


Experience teaches plants to learn faster and forget slower in environments where it matters

The nervous system of animals serves the acquisition, memorization and recollection of information. Like animals, plants also acquire a huge amount of information from their environment, yet their capacity to memorize and organize learned behavioral responses has not been demonstrated. في Mimosa pudica—the sensitive plant—the defensive leaf-folding behaviour in response to repeated physical disturbance exhibits clear habituation, suggesting some elementary form of learning. Applying the theory and the analytical methods usually employed in animal learning research, we show that leaf-folding habituation is more pronounced and persistent for plants growing in energetically costly environments. Astonishingly, Mimosa can display the learned response even when left undisturbed in a more favourable environment for a month. This relatively long-lasting learned behavioural change as a result of previous experience matches the persistence of habituation effects observed in many animals.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


شاهد الفيديو: How to Propagate a Touch Sensitive Plant (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Shk?

    It is interesting. Tell to me, please - where to me to learn more about it?

  2. Willimod

    أعتقد أنك مخطئ. أقترح مناقشته.

  3. Everet

    ومبدع حقا ... عظمى!

  4. Ottah

    لم يسمع مثل هذا



اكتب رسالة