Effect of root tip amputation on spiral oscillations of the growing hypocotyl with radicle of the pea (Pisum sativum L.)

Abstract

In order to interpret the mechanism of elongation growth of the hypocotyl with radicle in the first stages of germination of the pea seed (Pisum sativum L.) a cybernetic model utilizing feed-back as a mechanism of correcting the wrong direction of growth was proposed (Spurný 1966, 1967). In the present study, the effect of amputation of the root tip as the control centre on the trajectory of the growing radicle was investigated. The results have shown that the hypocotyl grows, elongates—the rate of growth being slightly lower than that of the standard, but that no spiral oscillations at all are executed by the organ after amputation of the root tip. This finding appears to confirm the applicability of the proposed cybernetic model, for amputation of the root tip means that not only the control block is eliminated, but also that the channel of feed-back impulses to zone of elongation is interrupted.

Abstract

Pro interpretaci mechanismu dlouživého růstu hypokotylu s kořínkem v prvních fázích klíčení semene hrachu (Pisum sativum L.) navrhl autor kybernetický model s využitím zpětné vazby jako mechanismu odstraňujícího chybný směr růstu (Spurný 1966, 1967). V rámci tohoto modelu hraje významnou roli kořenová špička jako řídící centrum s geopercepcí a současně jako blok, z něhož vycházejí zpětně vazebné impulsy akropetálně do zóny dloužení (obr. I). V této studii jsem sledoval účinek amputace kořenové špičky na trajektorii rostoucího hypokotylu s kořínkem a na výskyt spirálních oscilací během růstu. V celku jsem provedl 36 filmových záznamů rostoucího hypokotylu s kořínkem standardní technikou dříve popsanou (Spurný 1965, 1966). Výsledky ukázaly, že hypokotyl zbavený kořenové špičky, roste, dlouží se—růstová rychlost je v průměru poněkud menší proti standardu, zóna dloužení se posunuje směrem k apexu, ale spirální oscilace se v žádném případě u amputovaného orgánu nevyskytují. Tento nález potvrzuje vhodnost navrženého kybernetického modelu pro výklad mechanismu dloužení: amputace apexu znamená v daném systému nejen odstranění řídícího bloku, ale i přerušení kanálu zpětně vazebných impulsů k zóně dloužení; důsledek jest, že chybný směr hypokotylu s kořínkem není autoregulativně opravován (obr. 4).

Abstract

С целью интерпретировать механизм удлинительного роста гипокотиля с корнем в первые фазы прорастания семян гороха (Pisum sativum L.) автором была предложена кибернетическая модель с использованием принципа обратной связи как средства устранения ошибки в направлении роста (Спурны 1966, 1967). В рамках этой модели значительнию роль играет корневая верхушка как управляющий центр с геоперцепией и одновременно как блок высылающий импульсы обратной связи в зону удлинения (рис. 1.). В данной работе исследовалось влияние удаления верхушки корня на траекторию растущего гипокотиля и на появление спираяьных осциляций во время роста. Произведено 36 сьемок по стандартной технике описанной ранее (Спурны 1965, 1966). Результаты показали, что гипокотиль с удаленной корня растет, удлиняется, скорость роста немного меньше от стандарта (табл. 3), зона удлинения передвигается наверх, но спиральные осциляции не появляются. Этот факт потверждает адэкватность предложенной кибернетической модели при обьяснении механизма удлинения: удаление верхушки значит в данной системе не только устранение управляющего блока, но и нарушение канала импульсов обратной связи к зоне удлинения, в результате ошибка в направлении роста гипокотиля с корнем авторегулятивно не исправляется.