Bitkiler ve Işığa Bağlılıkları
Ebrar Güneş - İstanbul Teknik Üniversitesi, MBG
Işık, bitkiler için fotosentezde gerekli olmasından çok daha fazlasıdır. Işık, bitkinin büyüme ve gelişmesinde, kendilerini savunmalarında, zaman tanzimi yapmalarında yani günlerin ve mevsimlerin geçişlerini saptamada ve daha birçok faktör için başlıca önemli etkendir. Bitkiler ışığın varlığını farketmelerine ek olarak yönünü şiddetini ve dalga boylarını da saptarlar. Gelen ışığın dalga boyunun yani renginin bitki üzerindeki etkilerine ilişkin birçok araştırma vardır. Araştırmalar göstermektedir ki, bitkiler renklere göre farklı tepkiler vermektedir. Bitkiler için başlıca önemli renkler kırmızı ve mavidir. Bundan dolayı 2 ışık reseptörü oldukça önemlidir. Bu reseptörler, mavi ışık reseptörleri ve fitokromlardır. Fitokromlar çoğunlukla kırmızı ışığı absorbe ederler. Mavi ışık reseptörleri hipokotil uzamasının engellenmesi, fototropizma etkinliğinin düzenlenmesi ve stomaların açılması gibi birçok faktörde etkilidir. Fitokromlar ise tohum çimlenmesinde, sirkadiyen ritmin ayarlanmasında ve yaprak gelişimde dikkat çekerler.[1] Marul tohumlarının çimlenmesinin araştırıldığı bir çalışmada herhangi bir ışığa maruz kalmış kontrol tohumlarına göre 660 nanometre dalga boyundaki kırmızı ışığa maruz bırakılmış marul tohumlarının çimlenmesinin en verimli olduğu gözlemlenmiştir. Bunun tam tersi olarak uzak kırmızı ışık yani insanın görebildiği dalga boyunun sınırındaki dalga boyuna sahip ışığa (730 nanometre) maruz kalan marul tohumları çimlenmemiştir. Deney burada bitmemiş ve bilim insanları bir grup marul tohumuna önce kırmızı ışık (R) ile birlikte hemen ardından uzak kırmızı ışık (FR) verdiklerinde tohumların çimlenmediklerini gözlemlemişler, bir başka marul tohumlarına ise önce R sonra FR ve tekrar R ışığı verdiklerinde tohumların çimlendiklerini farketmişler ve tohumun yanıtının son uygulanan ışık flaşının belirlediğini keşfetmişlerdir.[2]
Sirkadiyen ritim hayvanlar ve insanlar gibi bitkilerde de mevcuttur. Fitokromlar, biyolojik saat ile ilişkili olarak gece gündüz ve mevsim geçişlerinde etkilidirler. Güneşin doğuş ve batışına bağlı olarak bitkilerin gelişim göstermesine fotoperiyodizm, gelişim gösterilen evreye ise fotoperiyot denmektedir. Garner ve Allard, Maryland Mammoth mutant tütün bitkisinin aşırı uzun boylu olmakla birlikte, normal tütün bitkilerinin çiçeklendiği yaz aylarında çiçeklenmemesini farkedip üzerinde araştırma başlatmışlardır ve bitkinin çiçeklenme için gerekli kritik uzunluktan daha kısa bir ışıklanma süresine ihtiyacı olduğu sonuca varmışlardır. Bitkiyi kısa-gün bitkisi olarak sınıflandırmışlardır.[3] Bu tütün bitkisinin yanı sıra çilek, sütleğen, soya fasulyesi, kasımpatı gibi bitkiler kısa-gün bitkileri sınıfındadır. Bu bitkiler genel olarak günlerin kısalmasına bağlı olarak yaz sonunda, sonbaharda ya da kışın çiçek açarlar. Kısa-gün bitkilerine zıt olarak uzun-gün bitkileri ise çiçeklenme için gerekli kritik uzunluktan daha fazla ışıklanma süresi varlığında çiçeklenen bitki grubudur. Uzun-gün bitkileri ise genel olarak ilkbahar sonunda ve yaz başında çiçek açarlar. Bu bitkilere şeker pancarı, turp, marul ve ıspanak örnek verilebilir. Örneğin ıspanak 14 saati aşkın ışıklanma süresi olduğunda çiçeklenebilir.[1] Işık alma süresine bağlı olarak sınıflandırılan 3. Grup ise nötr-gün bitkileridir. Nötr-gün bitkileri gün uzunluğundan etkilenmeyen bitki grubudur. Bu bitkilerde çiçeklenme ve gelişme fotoperiyottan etkilenmez ve bu durumdan ötürü avantaj sahipidirler. Örnek olarak da domates, pamuk, ayçiçeği ve pirinç söylenebilir. Bitkiler bu şekilde sınıflandırıldıktan sonra bilim insanları bitkilerin gecenin uzunluğunu mu yoksa gündüzün uzunluğunu mu ölçtüklerini merak ettiler ve çeşitli deneyler yaptılar. Sonuç olarak gece karanlığında bir soya fasulyesinin çiçeklenmesini ışıkları açıp kapatarak kontrol edebildiklerini farkettiler. Bu şekilde soya fasulyesi gibi bir kısa gün bitkisinin çiçeklenmesini durdurabiliyorlar, süsen gibi uzun gün bitkilerini kış ortasında çiçeklenmesini sağlayabiliyorlardı.[1] Bir başka çalışmada yine kısa gün bitkisi olan pıtrak ile çalışmışlardır. Gündüz vaki pıtrak bitkisini kısa bir karanlık periyoda maruz bıraktıklarında çiçeklenmeye etkisinin olmadığını fakat gece yine kısa bir süre ışık şiddeti az olduğunda aydınlatılsa dahi çiçeklenmeyi etkilediğini farketmişlerdir. Ve çiçeklenmenin ışık alınan vaktin uzunluğundan ziyade karanlık vaktin uzunluğunun önemli olduğu gösterilmiştir[4]. Uzun gün bitkilerinde ise durum farklıdır. Bir uzun gün bitkisi gündüz vaktinin yeteri kadar olduğu zaman çimlenir, yeteri kadar olmadığı zaman yani olması gerektiğinden daha fazla karanlıkta kaldığı vakit çiçeklenmez fakat gece uzunluğu ışık flaşıyla kısaltılabilir ve bu sayede çiçeklenme gerçekleştirilebilir.[5]
Aşağıdaki örneğin önce üst bölümü incelendiğinde bir kısa gün bitkisi kritik gece uzunluğunu tamamlayamadığında çiçeklenmediğini, tamamladığında ise çiçeklendiği gösterilmiş, 3. durumda bitkinin gece uzunluğu kırmızı ışık ile kesildiğinde çiçeklenme gözlemlenmemesine rağmen kırmızı ışığın ardından uzak kırmızı ışık verildiğinde şalter etkisi görülüp çiçeklenmenin geçekleştiği görülmüştür. 5. ve 6. durumda sonucu destekler niteliktedir. Alt tarafta ise 1. ve 2. durumda uzun gün bitkisinin kontrol durumları verilmiş 3. durumda uzun gün bitkisinin gece uzunluğu kırmızı ışık flaşıyla kısaltılmış ve bitkinin çiçeklenmesi sağlanmıştır. 4. durumda ise kırmızı ışığın ardından uzak kırmızı ışık verildiği için bir etki gözlemlenmemiştir. 5. ve 6. durum tekrardan sonucu destekler niteliktedir. Bilim insanları bu gözlemlerin sonucunda da bitkinin hangi bölümünün fotoperiyodu saptadığına dair araştırmalar yapmışlardır ve araştırmalar sonucunda görülmüştür ki pek çok türde yalnızca bir yaprağın uygun fotoperiyoda maruz bırakılması yeterli görülmüştür. Bununla birlikte eğer bitkinin tüm yaprakları budanırsa bitki fotoperiyota tepki veremeyecektir.
Koornef ve arkadaşlarının yaptığı bir çalışmada Arabidopsis thaliana bitkisinde kör bitkilerin olup olamayacağını test ettiler. Bunun için tohumları DNA’da mutasyonlara neden olan kimyasallara maruz bıraktılar. Mutant fideler sadece kırmızı ışık, sadece mavi ışık veya sadece UV ışığı altında boy atmışlardı, diğer renklere karşı duyarsızlardı. Belli renkteki ışıklara karşı kör olan bu bitkilerin duyarsız oldukları renkleri emen fotoreseptörleri kusurluydu.[6]
Bütün bu olayların moleküler düzeyi incelendiğinde ışığa ve daha birçok etkiye bağlı olarak proteinlerin zincirleme ve uyum içerisinde çalıştığı gözlemlenir.[7]
Referanslar
1) Campbell, N., Reece, J. Urry, L., Cain, M., Wasserman, S. ve Minorsky, P., 2014. Campbell Biology. 10th ed. Boston, Mass: Pearson, pp.849-855.
2) Borthwick H., et al., A reversible photoreaction controlling seed germination, Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 38:662–666 (1952).
3) Wightman W. Garner ve Harry A. Allard, "Photoperiodism, the Response of the Plant to Relative Length of Day and Night", Science 55, no. 1431 (1922): 582-83
4) Salisbury F. B. (1981). Twilight effect: initiating dark measurement in photoperiodism of xanthium. Plant physiology, 67(6), 1230–1238. https://doi.org/10.1104/pp.67.6.1230
5) Borthwick, H., et al. “A Reversible Photoreaction Controlling Seed Germination”, Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America 45, no. 12(1959): 1703-8
6) Koornneef, M., Rolff, E. ve Spruit, C., 1980. Genetic Control of Light-inhibited Hypocotyl Elongation in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Zeitschrift für Pflanzenphysiologie, 100(2), pp.147-160.
7) Sawa, M., Kay, S. A., & Imaizumi, T. (2008). Photoperiodic flowering occurs under internal and external coincidence. Plant signaling & behavior, 3(4), 269–271. https://doi.org/10.4161/psb.3.4.5219