Photoperiodismus und Blühzeitpunkt

Viele Pflanzen blühen als Reaktion auf die Tageslänge, wobei sie Lichtrezeptoren und eine innere Uhr nutzen, um die Jahreszeiten zu erkennen und die Reproduktion zu steuern. Dies ist eines der klassischen Probleme der Pflanzenphysiologie, das heute auf molekularer Ebene verstanden wird.

Definition

Photoperiodismus ist die Reaktion von Pflanzen auf die relative Länge von Tag und Nacht, und die Kontrolle des Blühzeitpunkts ist die Integration dieser und anderer Hinweise in die Entscheidung, vom vegetativen Wachstum zum Blühen überzugehen.

Scope

Dieses Thema behandelt den Photoperiodismus und die Klassifizierung von Pflanzen als Langtag-, Kurztag- oder tagneutral, die Photorezeptoren und die zirkadiane Uhr, die die Tageslänge messen, das Florigen-Signal und die Rolle der Vernalisation bei der genetischen Kontrolle des Blühzeitpunkts.

Core questions

• Wie messen Pflanzen die Tageslänge, um den Blühzeitpunkt zu bestimmen?
• Welcher Art ist das mobile Signal, das die Blüte induziert?
• Wie wirken Photoperiode, Vernalisation und interne Hinweise zusammen, um den Blühzeitpunkt zu steuern?

Key theories

Koinzidenzmodell des Photoperiodismus

Die Tageslänge wird wahrgenommen, wenn Licht mit einem von der Uhr regulierten Empfindlichkeitsfenster zusammenfällt, sodass Photorezeptoren und die zirkadiane Uhr gemeinsam bestimmen, ob eine Pflanze lange oder kurze Tage wahrnimmt.

Florigen als mobiles Blühsignal

Blätter, die die induktive Photoperiode wahrnehmen, produzieren ein mobiles Signal, identifiziert als FT-Protein, das zum Sprossscheitel wandert und den Übergang zur Blüte auslöst.

Mechanisms

Photorezeptoren – Phytochromen und Cryptochromen – speisen Lichtinformationen in die zirkadiane Uhr ein, die die Expression von Regulatoren wie CONSTANS steuert, sodass blühfördernde Gene nur dann aktiviert werden, wenn Licht in ein von der Uhr definiertes Zeitfenster fällt, wodurch Langtag- von Kurztagbedingungen unterschieden werden. Induzierte Blätter produzieren FT-Protein, das lange gesuchte Florigen, das über das Phloem zum Sprossscheitel wandert und zusammen mit Partnerproteinen die floralen Identitätsgene aktiviert. Bei vielen Arten entfernt ein separater, durch längere Kälte ausgelöster Weg, die Vernalisation, die epigenetische Repression der Blüte, wodurch die Reproduktion mit dem Frühling synchronisiert wird.

Clinical relevance

Die Kontrolle des Blühzeitpunkts ist von zentraler Bedeutung für Landwirtschaft und Gartenbau, da sie die geografische Anpassung von Nutzpflanzen, die Planung der Gewächshausproduktion und die Züchtung von Sorten bestimmt, die an bestimmte Tageslängen und Vegetationsperioden angepasst sind.

History

Garner und Allard beschrieben den Photoperiodismus 1920, und Chailakhyan schlug das Florigen-Konzept in den 1930er Jahren vor; die Molekulargenetik in Modellpflanzen identifizierte später die Photorezeptoren, Uhrenkomponenten und das FT-Protein, das das Florigen-Signal verkörpert.

Key figures

• Wightman Garner
• Harry Allard
• Mikhail Chailakhyan

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

Was ist eine Kurztagpflanze?

Eine Kurztagpflanze blüht, wenn die Nachtlänge einen kritischen Wert überschreitet – das heißt, wenn die Tage kurz sind –, obwohl die Pflanze tatsächlich die Länge der ununterbrochenen Dunkelheit misst; Beispiele sind Chrysanthemen und viele im Herbst blühende Arten.

Was ist Florigen?

Florigen ist das mobile Blühsignal, das in Blättern unter induktiver Tageslänge produziert wird; lange gesucht, wurde es als FT-Protein identifiziert, das zur Sprossspitze wandert, um die Blüte einzuschalten.