Apabila sebatang pokok dicabut bersama akarnya, kita melihat bahawa akar tidak semuanya tumbuh ke arah yang sama. Akar utama lazimnya memanjang ke bawah, manakala banyak akar sisi bercabang secara menyerong sebelum menghasilkan cabang yang lebih kecil. Corak ini bukan semata-mata akibat akar terhalang oleh tanah. Tumbuhan mempunyai mekanisme dalaman yang membantu mengawal sudut pertumbuhan akarnya terhadap arah graviti. Gerak balas pertumbuhan terhadap graviti dipanggil geotropisme.
Bagaimanakah akar mengesan graviti?
Graviti memberi petunjuk arah yang boleh digunakan tumbuhan semasa pertumbuhan. Pada akar utama, pengesanan graviti berlaku terutamanya dalam sel khusus di hujung akar, khususnya kawasan kolumela pada tudung akar. Sel itu mengandungi amiloplas, iaitu plastid yang menyimpan kanji, dan amiloplas tertentu berfungsi sebagai statolit yang boleh berubah kedudukan mengikut arah graviti. Apabila akar yang tumbuh dialihkan daripada kedudukan menegak ke mendatar, amiloplas dalam sel pengesan bergerak dan berkumpul di bahagian bawah sel, lalu menjadi sebahagian daripada proses yang mencetuskan isyarat fisiologi. Namun amiloplas bukan pemberat yang menarik seluruh akar ke bawah. Pergerakannya membantu sel mengesan perubahan arah, manakala pembengkokan berlaku kemudian melalui pertumbuhan sel yang tidak sama pada kedua-dua sisi.
Bagaimanakah auksin membengkokkan akar?
Auksin ialah kumpulan hormon tumbuhan yang terlibat dalam pertumbuhan dan perkembangan. Selepas akar berubah kedudukan, pengangkutan auksin boleh menjadi tidak seimbang antara bahagian atas dan bawah akar. Protein pengangkut tertentu, termasuk daripada keluarga PIN, membantu menentukan arah pergerakan auksin antara sel. Pada akar utama yang menunjukkan geotropisme positif, pengumpulan auksin di bahagian bawah boleh mengurangkan kadar pemanjangan sel di situ, manakala sel di bahagian atas memanjang lebih cepat, lalu akar membengkok ke bawah. Kesan auksin bergantung pada jenis tisu, kepekatan hormon dan keadaan fisiologi, jadi auksin tidak sentiasa mempercepat atau sentiasa menghalang pertumbuhan semua sel. Pembengkokan juga mengambil masa kerana perubahan arah berlaku melalui pertumbuhan tisu, bukan pergerakan segera seperti pengecutan otot.
Mengapakah akar sisi tidak terus membengkok ke bawah?
Akar sisi boleh mengesan graviti, tetapi gerak balasnya tidak semestinya sama dengan akar utama. Banyak akar sisi mengekalkan sudut tertentu terhadap arah graviti. Dalam penyelidikan, sudut ini dipanggil sudut titik set graviti (gravitropic setpoint angle), iaitu sudut pertumbuhan yang cenderung dikekalkan oleh sesuatu organ tumbuhan. Kajian pada Arabidopsis thaliana, tumbuhan model, menunjukkan sudut itu dipengaruhi oleh dua mekanisme pengawalan pertumbuhan yang saling mengimbangi. Mekanisme pertama menghasilkan geotropisme yang cenderung membengkokkan akar ke bawah, manakala mekanisme kedua menghasilkan kesan antigeotropik yang mengimbanginya. Kedua-duanya melibatkan pengangkutan dan pengagihan auksin. Apabila kesannya seimbang pada sudut tertentu, akar sisi terus memanjang tanpa membengkok menegak. Ini tidak bermaksud akar sisi tidak lagi mengesan graviti. Tumbuhan mengekalkan sudut melalui pengawalan fisiologi yang berterusan, dan sudut itu juga boleh berubah mengikut peringkat perkembangan dan keadaan persekitaran.
Apakah peranan protein pengangkut auksin?
Kajian molekul menunjukkan arah pengangkutan auksin bergantung sebahagiannya pada kedudukan protein pengangkut dalam membran sel. Antara yang penting ialah PIN3 dan PIN7. Dalam sel pengesan graviti pada akar sisi, perubahan kedudukan dan pengawalan protein ini mempengaruhi pengagihan auksin. Kajian 2020 mengenal pasti peranan protein daripada keluarga LAZY dan RLD dalam membantu mengawal kedudukan pengangkut auksin, dan interaksi itu berkait dengan perubahan lokasi PIN3 dalam sel pengesan graviti. Penyelidikan lanjut pada 2023 menunjukkan pengawalan kedudukan PIN3 dan PIN7 membantu menghasilkan keseimbangan pengangkutan auksin yang membolehkan akar sisi mengekalkan sudut yang tidak menegak. Namun mekanisme yang dikenal pasti pada Arabidopsis thaliana tidak boleh dianggap sama sepenuhnya bagi setiap spesies.
Mengapakah sudut akar penting kepada tumbuhan?
Susunan akar mempengaruhi kawasan tanah yang diterokai tumbuhan. Akar yang lebih menegak berpotensi mencapai lapisan lebih dalam, manakala akar yang lebih mendatar meneroka kawasan lebih luas berhampiran permukaan, dan corak ini mempengaruhi peluang memperoleh air dan nutrien. Contohnya, penyelidikan pada Arabidopsis thaliana menunjukkan fosfat yang rendah boleh menjadikan sudut akar sisi lebih menegak dalam keadaan eksperimen tertentu. Namun tidak semua perubahan sudut memberi kelebihan yang sama, kerana keberkesanannya bergantung pada taburan air, nutrien dan sifat tanah. Sistem akar sebenar juga dipengaruhi halangan fizikal, kelembapan dan interaksi dengan organisma tanah, jadi sudut ialah satu unsur seni bina akar, bukan satu-satunya penentu.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Di manakah pengesanan graviti pada akar utama terutamanya berlaku?