Fotoperiodyzm

Fotoperiodyzm – fizjologiczna reakcja organizmu na zmianę proporcji okresów ciemności i światła w rytmie dobowym związana z działaniem zegara biologicznego. U podstaw fotoperiodyzmu leżą zjawiska fotoindukcji (zaprogramowana genetycznie odpowiedź na skracanie się lub wydłużanie dnia) i fotorefrakcyjności (zachodząca stopniowo adaptacja do skracającego się lub wydłużającego dnia). Okres indukcji świetlnej nazywany jest fotoperiodem, a graniczna wartość czasu trwania dnia lub nocy, uruchamiająca procesy fizjologiczne i behawioralne to fotoperiod krytyczny. Znajomość zjawisk związanych z fotoperiodyzmem jest wykorzystywana w hodowli roślin i zwierząt gospodarskich.

Fotoperiodyzm u roślin

Zmiany długości dnia i nocy wpływają na kwitnienie, rozmnażanie wegetatywne, tworzenie organów spichrzowych oraz przechodzenie roślin w stan spoczynku. Najlepiej poznanym zjawiskiem związanym z fotoperiodyzmem jest kwitnienie. Zjawisko indukcji kwitnienia przez zmiany w długości dnia i nocy zaobserwowali Gardner i Allard, dwaj amerykańscy naukowcy, którzy w roku 1920 otrzymali w wyniku mutacji odmianę tytoniu o nazwie Maryland Mammoth. Roślina rozwijała się do wysokości 3 m, jednak nie zakwitała przez cały sezon wegetacyjny. Jedynie po przeniesieniu do szklarni, zakwitała w okresie Bożego Narodzenia. Dalsze badania udowodniły, że kwitnienie może być indukowane odpowiednią długością dnia lub nocy.

W zależności od rodzaju reakcji wyróżnia się rośliny:

• długiego dnia – kwitnące, gdy okres światła (długość dnia) przekroczy wartość krytyczną, specyficzną dla poszczególnych gatunków (np. szpinak, zboże, trawy, hortensja, rzodkiewka, burak pastewny i cukrowy, marchew)
• krótkiego dnia – kwitnące, gdy okres światła (długość dnia) będzie krótszy niż wartość krytyczna (np. tytoń, kukurydza, proso, ryż, astry, chryzantemy, rzepak, wilczomlecz, soja)
• obojętne – kwitnące niezależnie od długości dnia i nocy (np. gryka, pomidor, ogórek, groch, bób, ryż - odmiany jare).

Przerwanie okresu ciemności zapobiega kwitnieniu roślin dnia krótkiego, a indukuje kwitnienie u roślin dnia długiego. Kluczowa jest zatem długość okresu ciemności. Fotoreceptorem biorącym udział w odbieraniu informacji o długości dnia i nocy jest fitochrom, który przechodzi w ciemności z formy P_FR do formy P_R. Na świetle zachodzi proces odwrotny. U roślin dnia krótkiego do zakwitnięcia konieczny jest odpowiednio niski poziom P_FR, a u roślin dnia długiego poziom P_FR musi być odpowiednio wysoki.

Fitochrom może bezpośrednio wpływać na ekspresję genów zwianych z kwitnieniem, rozważano także istnienie hormonu – florigenu, który byłby bezpośrednim induktorem kwitnienia.

Fotoperiodyzm ma także wpływ na wykształcanie bulw, rozłogów, opadanie liści, mrozoodporność roślin, przechodzenie w stan zimowy drzew i krzewów.

Fotoperiodyzm u zwierząt

Fotoperiodyzm u zwierząt wpływa na aktywność dobową i sezonową, w tym rozrodczą, gdyż reguluje funkcjonowanie gruczołów rozrodczych. Przez wiele gatunków ssaków i ptaków fotoperiodyzm jest wykorzystywany do długoterminowego odmierzania upływającego czasu. Zwierzęta rejestrują zachodzące na przestrzeni roku zmiany w długości dnia, a ich organizmy przenoszą je na zmiany w zachowaniu i fizjologii. Ma to wpływ na takie zjawiska, jak wędrówki zwierząt, zaloty, zmiana szaty godowej, czy budowa gniazd.

Zobacz też

• rytm biologiczny

Bibliografia

• Biologia. Multimedialna encyklopedia PWN Edycja 2.0. Wrocław: Warszawa : Wydawnictwo Naukowe PWN, 2008. ISBN 978-83-61492-24-5.
• Encyklopedia Biologia. Greg, 2008. ISBN 978-83-7327-756-4.
• Jolanta B. Zawilska, Jerzy Z. Nowak. Rytmy biologiczne – uniwersalny system odczytywania czasu. „Nauka”. 4, s. 129-133, 2006.  (pdf)