????????????????? ??????????????? ???????? ??????????????? ???-???????????? ????????????????????????

 

 

 

 

 

บทที่ 9

การออกดอก

บทนำ

แสดงตัวอย่างของพืชวันสั้นและวันยาวบางชนิด

ความพร้อมต่อการตอบสนอง

ความไวต่อการตอบสนองต่อความยาวของวัน

ไฟโตโครมและบทบาทของความมืด

การวัดเวลาใน Photoperiodism

สารกระตุ้นการออกดอก (The Flowering Stimulus)

การพักตัว (Dormancy)

การยืดตัวของลำต้น (Stem elongation)

อวัยวะสะสมอาหาร (Storage organ)

Thermoperiodism

กลไกของการตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำ

สารกระตุ้นการออกดอกในกระบวนการVernalization

เวอนาลินและจิบเบอเรลลิน

 

 

 

บทนำ

                        การออกดอกของพืชคือการเปลี่ยนแปลงของการเจริญเติบโตทางด้านกิ่งก้านสาขา (Vegetative Growth)     สู่การเจริญทางด้านการสืบพันธุ์ (Reproductive Growth) เพราะดอกก็คืออวัยวะสืบพันธุ์ของต้นไม้นั่นเอง  หลังจากที่พืชมีการเจริญเติบโตทางด้านกิ่งก้านสาขาจนถึงอายุที่มีความพร้อมที่จะออกดอก (Ripeness to Flower) ก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นที่ใบพืช ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการออกดอกได้ การเปลี่ยนแปลงของใบจะได้รับการกระตุ้นจากสภาพแวดล้อม คือ   ความยาวของวันและอุณหภูมิ  สภาพแวดล้อมดังกล่าวที่เหมาะสมต่อการออกดอกของพืช อาจจะแตกต่างจากสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตได้ นอกจากนั้นยังรวมถึงปัจจัยความชื้น  อาหารและสารควบคุมการเจริญเติบโต (Growth Regulators) ด้วย

                        ปัจจัยซึ่งสำคัญที่สุดที่มีผลกระทบต่อการออกดอก  คือ แสง  โดยที่แสงมีผลต่อการออกดอกทั้งในแง่ของช่วงเวลาที่ได้รับแสง (Photoperiod) คุณภาพของแสง (Wave length) และ Irradiance หรือ Radiant energy  ทั้ง 3  ส่วนของแสงมักจะมีผลกระทบต่อการออกดอกอย่างมี   ปฏิสัมพันธ์กัน (Interaction)

                        ในเขตศูนย์สูตร เวลาที่ดวงอาทิตย์ขึ้นและตกในแต่ละวันจะไม่ต่างกันตลอดทั้งปี ความยาวของวันจึงคงที่ จากเส้นศูนย์สูตรไปสู่ขั้วโลกจะพบว่าวันจะยาวขึ้นเรื่อยๆ ในฤดูร้อน และสั้นลงเรื่อย ๆ ในฤดูหนาว    พืชที่ปลูกในเขตที่ห่างออกจากเส้นศูนย์สูตรตอบสนองต่อความยาวของวัน โดยแสดงลักษณะต่าง ๆ ออกมา โดยเฉพาะการออกดอก  พืชที่ขึ้นอยู่ห่างจากเส้นศูนย์สูตรมักแสดงการตอบสนองมากกว่ากลุ่มที่อยู่บริเวณศูนย์สูตร เช่น ในการศึกษา Photoperiodism คือ การ      ตอบสนองของพืชต่อความยาวของวัน โดยเฉพาะความสามารถในการออกดอก     พืชจำนวนมากที่จะออกดอกได้เมื่อมีความยาวของวันที่เหมาะสม  การค้นพบเรื่อง Photoperiodism นี้เกิดจากการศึกษาของ W.W.Garner และ H.A.Allard (1923) ซึ่งทดลองปลูกยาสูบพันธุ์ Maryland Mammoth ซึ่งจะออกดอกในฤดูหนาวโดยปลูกในเรือนกระจกเท่านั้น นอกจากนั้นเขายังได้ศึกษาถึงการออกดอกของถั่วเหลือง ทำให้สามารถแบ่งพืชออกเป็น 3 กลุ่ม คือ

1. พืชที่จะออกดอกเมื่อได้รับช่วงวันสั้น   เรียกว่าพืชวันสั้น (Short Day Plant  หรือ  SDP)  พืชชนิดนี้จะออกดอกได้เมื่อได้รับความยาวของวันสั้นกว่าวันวิกฤต (Critical day length)

                      2. พืชที่จะออกดอกเมื่อได้รับช่วงวันยาว  เรียกว่าพืชวันยาว (Long Day Plant  หรือ LDP) จะออกดอกเมื่อได้รับความยาวของวันซึ่งยาวกว่าวันวิกฤต  (Critical day length)

                      3. พืชที่ไม่ตอบสนองต่อความยาวของวันเรียกว่า Day neutral plant พืชบางชนิดจะไม่สามารถออกดอกได้เลย  ถ้าหากว่าได้รับความยาวของวันที่ไม่เหมาะสม  ซึ่งจัดเป็นพืชพวก Obligate Photoperiodic Plant ซึ่งมีทั้งพืชวันสั้น เช่น Xanthium pennsylvanicum และวันยาว เช่น Hyoscyamus niger พืชบางชนิดจะออกดอกได้เร็วเมื่ออยู่ในสภาพวันสั้นหรือยาว   แต่ถ้าไม่ได้รับความยาวของวันตามต้องการก็จะสามารถออกดอกได้เช่นกัน แต่ต้องใช้เวลานานขึ้น พืชพวกนี้เป็น Quantitative Photoperiodic  Plant ซึ่งได้แก่ พวกต้องการวันสั้นคือ Salvia splendens ข้าวและฝ้าย   ส่วนพืชวันยาวในกลุ่มนี้คือ  ข้าวสาลี  และ  Flax  พืชที่เป็น   Obligate Photoperiodic Plants จะมีความยาวของวันวิกฤต (Critical Day Length)  ที่แน่นอน

 

แสดงตัวอย่างของพืชวันสั้นและวันยาวบางชนิด

 

     พืชวันสั้น

     1.    Qualitative Short Day

            Amaranthus  caudatus                        Ipomoea  hederacea (Morning Glory)

            Chenopodium album (Pigweed)           Nicotiana tabacum

            Chrysanthemum moriforlium                (สายพันธุ์ Maryland Mammoth)

            Coffea arabica (กาแฟ)                         Xanthium strumarium (Cocklebur)

            Euphorbia pulcherrima (Poinsettia)

            Fragaria (สตรอเบอรี่)

            Glycine max (ถั่วเหลือง)

     2.    Quantitative Short Day

            Canabis sativa (Hemp)                        Oryza sativa (ข้าว)

            Cosmos bipinnatus (Cosmos)              Saccharum offinarum (อ้อย)

            Gossypium hirsutum (ฝ้าย)                  Salvia splendens

     พืชวันยาว

     1.    Qualitative Long Day

            Anethum   graveolens  (Dill)                Mentha   piperita (Peppermint)

            Avena sativa (ข้าวโอ๊ต)                         Raphanus sativus (แรดิช)

            Dianthus superbus (คาร์เนชั่น)              Spinacia oleracea (ปวยเหล็ง)

            Lolium temulentum (Rye Grass)          Trifolium spp. (Clover)

      2.   Quantitative Long Day

            Anthirrhinum majus (ลิ้นมังกร)              Petunia hybrida (พิทูเนีย)

            Beta vulgaris (หัวบีท)                           Pisum sativum (ถั่วลันเตา)

            Brassica rapa (เทอร์นิพ)                       Triticum aestivum (ข้าวสาลีฤดูใบไม้ผลิ)

            Lactuca sativa (ผักสลัด)

 

                        ความแตกต่างของพืชวันสั้นและวันยาว ไม่ได้อยู่ที่จำนวนชั่วโมงของวันวิกฤต (Critical day length) ว่ามากหรือน้อยกว่ากัน เช่น Xanthium เป็นพืชวันสั้นซึ่งมี Critical day length เท่ากับ 15.5 ชั่วโมง ในขณะที่ Hyoscyamus ซึ่งเป็นพืชวันยาว     แต่มี Critical day length เพียง 11 ชั่วโมงเท่านั้น ดังนั้นความแตกต่างจึงอยู่ที่ว่าพืชวันสั้นต้องได้รับช่วงความยาวของวันน้อยกว่าหรือเท่ากับ Critical day length จึงจะออกดอกได้

                        พืชวันสั้นอย่างพืชที่อยู่ในเขตใกล้เคียงกับเส้นศูนย์สูตรทั้งทางส่วนเหนือและใต้ เช่น ข้าว อ้อย ข้าวฟ่าง และข้าวโพด ซึ่งเจริญได้ดีในเขตที่มีความยาวของวันไม่เกิน 14 ชั่วโมง พืชวันสั้นที่เจริญในเขตอบอุ่นซึ่งมีวันยาวในฤดูร้อน จะออกดอกในปลายฤดูร้อนซึ่งวันจะสั้นลง เช่น Aster spp. และเบญจมาศ

                        พืชวันยาวนั้นจะมีถิ่นกำเนิดอยู่ในเขตอบอุ่นอยู่แล้วและจะออกดอกภายใต้สภาพที่มีวันยาวในช่วงฤดูร้อน ซึ่งได้แก่หญ้าและธัญพืชหลายชนิด รวมทั้งผักหลายชนิด เช่น ปวยเหล็ง     ผักสลัด หัวบีท และแฟลกซ์ (Linum ustatissimum)

                        นอกเหนือจากพืชวันยาว วันสั้น ดังกล่าวแล้ว ยังมีพืชบางกลุ่มที่ต้องการความยาวของวันทั้ง 2 ชนิด เช่นพืชบางชนิดต้องการวันยาวก่อนแล้วตามด้วยวันสั้นเพื่อออกดอก พืชพวกนี้เรียกว่า พืชวันยาวตามด้วยวันสั้น (Long-Short Day Plant) ส่วนพืชที่ต้องการวันสั้นก่อนแล้วตามด้วยวันยาว เรียกว่า พืชวันสั้นตามด้วยวันยาว (Short-Long Day Plant)

                        ตัวอย่างพืชซึ่งจัดเป็นพืชวันยาวตามด้วยวันสั้น คือ Bryophyllum และ Crassulacean spp. พืชพวกนี้ในเขตอบอุ่นจะออกตอนปลายฤดูร้อนหรือต้นฤดูใบไม้ร่วง แต่จะไม่ออกดอกในฤดูใบไม้ผลิ ในทางกลับกันพืชพวกวันสั้นตามด้วยวันยาว ตัวอย่างคือ Trifolium repens ซึ่งจะออกดอกตอนปลายฤดูใบไม้ผลิหรือต้นฤดูร้อน นอกจากนั้นในปัจจุบันยังพบว่าการออกดอกของพืชอาจจะขึ้นอยู่กับน้ำ อุณหภูมิ และช่วงความยาววันร่วมกัน จึงมีพืชซึ่งต้องการอุณหภูมิต่ำ แล้วตามด้วยวันยาว คือ พืชในกลุ่ม Biennial เช่น พืชตระกูลกะหล่ำ     หัวบีท และธัญพืชเมืองหนาว (Winter grain) ส่วนพืชวันยาวที่ต้องการอุณหภูมิสูง คือ   ปวยเหล็ง พืชวันสั้นซึ่งต้องการอุณหภูมิต่ำเพื่อการออกดอก คือ เบญจมาศ ส่วนพืชวันสั้นซึ่งต้องการอุณหภูมิสูงเพื่อการออกดอกคือ China Aster

                        นอกจากการออกดอกของต้นไม้แล้ว Allard ยังแสดงให้เห็นว่าพืชยังตอบสนองต่อความยาวของวันได้อีกหลายชนิด เช่น การเจริญของพืชวันยาวจะมีลักษณะเป็นพุ่มเตี้ย (Rosette) ถ้าหากได้รับความยาวของวันแบบวันสั้น     การสร้าง ไหล ของสตรอเบอรี่จะเกิดขึ้นภายใต้สภาพวันยาว   การสร้างหัวของเจรูซาเล็ม     อาร์ติโชค และมันฝรั่งพันธุ์ป่าจะเกิดเมื่อได้รับวันสั้น        ส่วนหอมหัวใหญ่นั้นจะสร้างหัวเมื่อได้รับวันยาว

 

ความพร้อมต่อการตอบสนอง

มีพืชเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถตอบสนองต่อความยาวของวัน เมื่อยังเป็นต้นอ่อนเช่น Pharbitis หรือ Japanese morning glory ตอบสนองต่อวันสั้นได้ในระยะที่มีใบเลี้ยง และ Chenopodium บางชนิดตอบสนองและออกดอกได้เมื่อยังเป็นต้นอ่อนขนาดเล็ก แต่จากการศึกษาพบว่าพืชส่วนใหญ่ เช่น Xanthium จะตอบสนองต่อความยาวของวันและออกดอกได้เมื่อต้นมีขนาดใหญ่ ใบเลี้ยงไม่สามารถตอบสนองได้ ต้น Henbane จะต้องมีอายุ 10-30 วันก่อนที่จะตอบสนองต่อวันยาว พืชที่เป็น Monocarpic บางชนิด เช่น ต้นไผ่ และพืช Polycarpic ยืนต้นจะไม่ออกดอกจนกว่าจะมีอายุ 5-40 ปี พืชพร้อมที่จะออกดอกได้นี้เรียกว่า Ripeness to Flower หรือถ้าจะให้ถูกต้องจริงๆ คือ Ripeness to Respond ในพืชหลายชนิดความต้องการรอบของการได้รับความยาวของวันตามต้องการจะลดลงเมื่อพืชมีอายุมากขึ้น พืชบางชนิดอาจจะออกดอกได้โดยไม่ตอบสนองต่อความยาวของวันกลายเป็น Day neutral plant เมื่ออายุมากขึ้น ในทางตรงกันข้ามพืชชนิดหนึ่งชื่อ Scarlet pimpernel (Anagallis arvensis) ตอบสนองต่อวันยาวได้ดีที่สุดเมื่อเป็นต้นอ่อน ความไวต่อการ        ตอบสนองจะลดลงในใบที่เพิ่งเกิด นั้นคือพืชชนิดนี้จะถูกกระตุ้นให้ออกดอกยากขึ้นเมื่ออายุมาก

                        วิธีการเดียวที่จะทราบว่าพืชได้รับการกระตุ้นให้ออกดอกแล้ว คือ การตรวจสอบบริเวณเนื้อเยื่อเจริญว่ามีการเปลี่ยนแปลงจาก Vegetative ไปสู่ Reproductive หรือกล่าวง่ายๆ ว่าสังเกตการสร้างดอกที่บริเวณเนื้อเยื่อเจริญ การเปลี่ยนของเนื้อเยื่อเจริญดังกล่าวเรียกว่า Evocation ซึ่ง Ripeness to Respond อาจจะขึ้นอยู่กับสภาพของใบว่ามีคุณสมบัติในการตอบสนองหรือยัง และอาจจะขึ้นอยู่กับความสามารถของเนื้อเยื่อเจริญซึ่งจะเกิด Evocation       ถ้าหากว่า Evocation เกิดได้ เนื้อเยื่อเจริญนั้นอยู่ในสภาพที่เรียกว่ามีศักยภาพหรือมี Competence คำว่า Ripeness to Respond นั้นมีความหมายเหมือนกับ Juvenility ซึ่งคือสภาพของพืชก่อนที่จะแก่พอที่จะออกดอก ซึ่งแนวความคิดที่ใกล้เคียงกันอีกประการหนึ่งคือ จำนวนใบที่น้อยที่สุด (Minimum leaf number) ซึ่งเป็นจำนวนใบที่พืชมีน้อยที่สุดที่พอเพียงต่อการออกดอกครั้งแรก ภายใต้สภาพที่เหมาะสมต่อการออกดอก

                        โดยสรุปแล้ว ก่อนที่พืชจะออกดอกเนื่องจากการตอบสนองต่อสภาพแวดล้อม เช่น ความยาวของวันและอุณหภูมิ ใบจะต้องเข้าสู่สภาพที่เรียกว่า Ripeness to Respond และเนื้อเยื่อเจริญต้องมีศักยภาพที่จะตอบสนองต่อสารกระตุ้น (Stimulus) จากใบ ซึ่งจะมีความแตกต่างกันมากในพืชแต่ละชนิด และอายุของพืชที่จะมาสู่สภาพดังกล่าว

 

ความไวต่อการตอบสนองต่อความยาวของวัน

                        พืชหลายชนิดมีความไวสูงมากต่อการเปลี่ยนแปลงความยาวของวัน   ในบางกรณีเมื่อความยาวของวันเปลี่ยนไปเพียง  15-20 นาที  เช่น กรณีของข้าวบางพันธุ์  และ Cocklebur  ความไวต่อการตอบสนองต่อความยาวของวันจะผันแปรไปโดยสามารถแสดงจำนวน Photoperiodic Cycles     ซึ่งพืชต้องการเพื่อกระตุ้นให้เกิดการออกดอก เช่น พืชพวก Xanthium ต้องการช่วงได้รับวันสั้นเพียง 1 รอบเท่านั้นก็จะสามารถออกดอกได้และเมื่อได้รับแสงดังกล่าวแล้วต้นไม้ชนิดนี้สามารถออกดอกต่อเนื่องไปอีก 12 เดือน  แต่ยังมีพืชอีกหลายชนิดที่ต้องการรอบของวันสั้น 2-3 รอบเช่น ในถั่วเหลืองถ้าได้รับวันสั้นหลายรอบจำนวนดอกจะเพิ่มมากขึ้น จำนวนรอบที่พืชต้องการเพื่อกระตุ้นให้ออกดอกนี้จะลดลงตามอายุของพืช เช่น ถั่วเหลืองนั้นเมื่ออายุต้นยังน้อยจะออกดอกในสภาพวันสั้นเท่านั้น แต่เมื่ออายุของต้นมากขึ้นถั่วเหลืองสามารถออกดอกได้ภายใต้สภาพของวันยาว สตรอเบอรี่ซึ่งเป็นพืชวันสั้นต้องการ 6-20 รอบ ขึ้นอยู่กับพันธุ์ ในขณะที่เบญจมาศต้องการ 12 รอบ แต่ถ้าถูกนำไว้ในสภาพวันยาวเร็วเกินไปตาดอกอาจจะหยุดการเจริญได้     พืชที่ต้องการรอบของช่วงแสง 1  รอบนี้ เรียกว่า Single Inductive Cycle เช่น Cocklebur หรือ  Xanthium และ  Japanese Morning Glory    ซึ่งสามารถออกดอกได้เมื่อได้รับวันสั้นหลังจากงอกจากเมล็ดได้เพียง 4 วัน   พืชวันยาวที่เป็น Single Inductive cycle เช่น  Dill       Rape และข้าวบาร์เลย์  พืชที่ตอบสนอง Single Inductive Cycle  นั้นมักจะอยู่ทางด้านซีกโลกเหนือ

                        ความสำคัญทางเศรษฐกิจของ  Photoperiodism  ของไม้ประดับ   เช่น Poinsettia และเบญจมาศ สามารถใช้ประโยชน์ในการผลิตพืชดังกล่าวได้ คือ  ในช่วงฤดูร้อนซึ่งวันยาวสามารถกระตุ้นให้พืชเหล่านี้ออกดอกได้ โดยการคลุมด้วยผ้าดำในช่วงกลางวัน  ส่วนการกระตุ้นให้พืชวันยาวเช่น คาร์เนชั่นออกดอกอาจจะทำโดยการให้แสงในช่วงกลางคืน (Interrupt dark period) ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป  ซึ่งในทางตรงกันข้ามจะระงับการออกดอกของเบญจมาศเพื่อทำให้ก้านดอกยาวขึ้น ในการคัดเลือกพันธุ์เพื่อปลูกในท้องที่ต่าง ๆ นั้นควรสนใจเรื่องความยาวของวันด้วย เช่น  ผักสลัดพันธุ์เบาบางพันธุ์เป็นพืชวันยาวซึ่งจะสร้างตาดอกเร็วมากภายใต้สภาพวันยาว     ส่วนถั่วเหลืองแต่ละพันธุ์จะตอบสนองต่อ Photoperiod ที่ต่างกัน เพราะบางพันธุ์อาจจะออกดอกเร็วเกินไปในสภาพวันสั้นทำให้ได้ผลผลิตต่ำ  ข้าวจัดเป็นพืชเศรษฐกิจนั้น    ปกติพันธุ์พื้นเมืองเป็นพืชวันสั้น  และตอบสนองต่อความยาวของวันเร็วมาก   ข้าวพันธุ์นี้อาจจะใช้เวลาในการออกดอกหลังปลูก 4-11 เดือน ขึ้นอยู่กับเวลาที่หว่าน การนำข้าวพันธุ์ใหม่ซึ่งไม่ตอบสนองต่อความยาวของวันจะสามารถออกดอกได้ภายในเวลา 3-5 เดือน โดยไม่เกี่ยวกับเวลาที่หว่าน

 

ไฟโตโครมและบทบาทของความมืด

                        ในปี 1930 Karl Hamner และ James Bonner  ได้ศึกษาถึงการกระตุ้นการออกดอกโดยความยาวของวันในต้น Xanthium  เขาเกิดความสงสัยว่าช่วงที่สำคัญต่อการ  ออกดอกของพืชเป็นช่วงกลางวันหรือกลางคืน     เขาทดลองให้รอบของกลางวันและกลางคืนหลายแบบซึ่งเมื่อเวลากลางวันกลางคืนรวมกันแล้วไม่เท่ากับ  24  ชั่วโมง เขาพบว่า  ความมืดวิกฤต  (Critical night) จะคงที่ตลอดทุกการทดลอง  แต่วันวิกฤต (Critical day) ไม่คงที่ แสดงให้เห็นว่า ความมืดมีความสำคัญต่อการออกดอก ในอีกการทดลองหนึ่งเขาได้ใช้ การให้ความมืดในช่วงกลางวันและให้แสงในช่วงกลางคืน การให้ความมืดในช่วงกลางวันมีผลกระทบต่อการออกดอกน้อยมากหรือไม่มีเลย  แต่การให้แสงในช่วงกลางคืนสามารถระงับการออกดอกของ Xanthium ซึ่งเป็นพืชวันสั้นได้ ต่อมาพบว่า การกระทำดังกล่าวยังกระตุ้นให้พืชวันยาวออกดอกได้         ซึ่งการทดลองนี้นำไปสู่การค้นพบปรากฏการณ์ Night break ต่อมาพบว่า Night break  นั้นต้องการแสงซึ่งมีความเข้มต่ำมาก และ พบว่าแสงสีแดงให้ผลสูงสุดเมื่อเทียบกับแสงที่ช่วงคลื่นอื่น ๆ และกระตุ้นการออกดอกของพืชวันยาวจะเหมือนกับการตอบสนองของไฟโตโครม      จึงมีการให้แสงสีแดงแล้วตามด้วยแสง Far red       แก่ต้น Xanthium ที่ตรงกึ่งกลางของช่วงมืด พบว่า ถ้าให้แสง  Far red  ทันทีหลังจากให้แสงสีแดง ต้น Xanthium สามารถออกดอกได้  แต่ถ้าหากให้แสง Far red ช้าไปอีก 30 นาที ต้น Xanthium ไม่ออกดอก    ดังนั้น Pfr สามารถระงับกระบวนการกระตุ้นการออกดอกของใบได้ภายใน 30 นาที

                        ข้อมูลเกี่ยวกับการตอบสนองต่อแสงและความมืดของพืชวันสั้นนั้นมีมากกว่าของพืชวันยาว ในปัจจุบันทราบกันแล้วว่าการออกดอกของพืชวันสั้นนั้นไม่ได้ขึ้นกับระยะเวลาที่รับแสงในแต่ละวันเพราะจากการทดลอง พบว่าถั่วเหลืองจะออกดอกเมื่อได้รับ  Inductive Cycle 3 รอบ โดยแต่ละรอบได้รับแสง 12 ชั่วโมง และความมืด 12 ชั่วโมง         แต่ถ้าให้แสง 36 ชั่วโมงและความมืด 36 ชั่วโมง ถั่วเหลืองจะไม่ออกดอก  แม้ว่าจำนวนชั่วโมงที่ได้รับแสงรวมจะเท่ากันก็ตาม  ในการทดลองกับ Xanthium ซึ่งเป็นพืชวันสั้น  ซึ่งมี Critical day length เท่ากับ 15.5 ชั่วโมง    ดังนั้นจึงเหลือช่วงมืด 8.5 ชั่วโมง นั่นคือ  การออกดอกจะเกิดขึ้นเมื่อได้รับช่วงมืดยาวเท่ากับ 8.5 ชั่วโมงหรือมากกว่า    ถ้าหาก Xanthium ได้รับแสง 4 ชั่วโมงและช่วงมืด 8 ชั่วโมง Xanthium  จะไม่ออกดอก แม้ว่าช่วงความยาววันจะน้อยกว่า Critical day length ก็ตาม แต่ Xanthium  จะออกดอกได้ เมื่อได้รับความยาวของวันเท่ากับ 16 ชั่วโมง และได้รับความมืด 32 ชั่วโมง ซึ่งช่วงความยาววันยาวกว่า Critical day length ช่วงที่มีความสำคัญต่อการออกดอกของพืชวันสั้นเป็นช่วงมืด ดังนั้นพืชวันสั้นจึงมี Critical Dark Period ซึ่งเป็นช่วงมืดที่สั้นที่สุดที่พืชวันสั้นจะออกดอกได้ ซึ่งในกรณีถั่วเหลืองจะประมาณ 10 ชั่วโมง         แต่การตอบสนองให้มีการออกดอกสูงสุดจะอยู่ที่ช่วงมืด  16-20 ชั่วโมง  พืชวันสั้นบางชนิดอาจจะออกดอกได้เมื่อได้รับช่วงมืดติดต่อกัน   แต่บางชนิดจะออกดอกได้เมื่อได้รับช่วงแสงสลับกับช่วงมืด การได้รับช่วงมืดเพื่อการออกดอกนี้จะต้องต่อเนื่องกันตลอด  การให้แสง     สีแดงในช่วงมืดแม้เพียง 2-3 นาที  จะทำให้พืชออกดอกไม่ได้  ซึ่งการทำลายคุณสมบัติในการ     ออกดอกได้ดีที่สุดเมื่อให้แสงสีแดงในช่วงกึ่งกลางของช่วงมืด  การให้แสงในช่วงมืดเป็นระยะเวลาสั้นๆ  โดยอาจจะสั้นเพียง 1-2 วินาทีนี้เรียกว่า Night Break ซึ่งสามารถลบล้างความสามารถในการออกดอกของพืชวันสั้นและวิธีการนี้จะเกี่ยวข้องกับระบบไฟโตโครม  ดังแสดงในตารางที่ 9.2 ถึงการได้รับแสงสีแดงและแสง Far Red จะทำให้  Xanthium และถั่วเหลืองออกดอกได้ต่างกัน

 

ตารางที่ 9.2 ผลของการให้แสงสีแดงและ Far Red  ในช่วงมืดต่อการออกดอกของ Xanthium และถั่วเหลือง

 

     การให้แสง                จำนวนดอกของ Xanthium           จำนวนดอกของถั่วเหลือง

 

     มืดตลอด                              6.0                                           4.0

     R                                         0.0                                           0.0

     R, FR                                   5.6                                           1.6

     R, FR, R                              0.0                                           0.0

     R, FR, R, FR                        4.2                                           1.0

     R, FR, R, FR, R                    0.0                                             -

     R, FR, R, FR, R, FR              2.4                                           0.6

 

หมายเหตุ   R คือแสงสีแดง    FR คือแสง Far Red

 

                       อย่างไรก็ตามแม้ว่าพืชวันสั้นส่วนใหญ่ต้องการระยะเวลา Night Break สั้นเพียงไม่กี่นาทีในการระงับกระบวนการออกดอก     แต่ในกรณีของเบญจมาศนั้นต้องการช่วง Night Break นานถึง 4 ชั่วโมง

                        ในพืชวันสั้น เช่น Xanthium พบว่า Night Break จะให้ผลสูงสุด ตรงจุดกึ่งกลางของช่วงมืด  ดังนั้นจึงคาดว่า Night Break ทำหน้าที่แยกช่วงมืดออกให้เป็น  2 ช่วงสั้น ๆ      ซึ่งทำให้พืชวันสั้นออกดอกไม่ได้     แต่กรณีดังกล่าวจะไม่เกิดกับพืช   Phabitis เพราะแม้ว่าทำ Night Break ที่ 8 ชั่วโมงของช่วงมืด 48 ชั่วโมง  ทำให้เหลือช่วงมืดอีก 40 ชั่วโมงซึ่งควรจะพอเพียงต่อการกระตุ้นการออกดอก แต่ Phabitis ก็ยังออกดอกไม่ได้       Night Break จะให้ผลระงับการออกดอกของพืชวันสั้นได้ดีโดยใช้ช่วงคลื่น 600-660 nm และจะมีผลน้อยมากเมื่อความยาวคลื่นเกินจาก 720 nm

                      ความสำคัญของช่วงมืดจะสัมพันธ์กับอุณหภูมิมาก  ตัวอย่างเช่น Xanthium นั้น ช่วงมืดจะหมดความสามารถในการกระตุ้นให้ออกดอกได้ถ้าอุณหภูมิต่ำประมาณ 4 องศาเซลเซียส แต่ถ้าหากผันแปรอุณหภูมิระหว่าง 4-40 องศาเซลเซียสในช่วงที่ได้รับแสงจะไม่มีผลต่อการออกดอก    อุณหภูมิต่ำตอนกลางคืนยังกระตุ้นให้พืชวันยาว เช่น Hyoscyamus ออกดอกได้ในสภาพวันสั้น

                        ในกรณีของพืชวันยาวนั้นค่อนข้างมีกลไกที่ซับซ้อนกว่าพืชวันสั้นและจะตอบสนองน้อยกว่าและเป็นไปในทางปริมาณต่อ  Night break เมื่อเปรียบเทียบกับพืชวันสั้น การระงับการ ออกดอกเนื่องจาก Night break ของ Xanthium เกิดขึ้นเมื่อได้รับแสงเพียง 2-3 วินาที ในชั่วโมงที่ 8 ของความมืด แต่ในพืชวันยาวการออกดอกจะเกิดเพิ่มขึ้นเมื่อให้แสงเพิ่มจากวินาทีเป็นหลายชั่วโมง ยิ่งไปกว่านั้นขณะที่แสงสีแดงมีประสิทธิภาพสูงสุดในการทำ Night break กับพืชวันสั้น    แต่การใช้แสงสีแดงและแสง Far Red  ผสมกันจะมีประสิทธิภาพในการกระตุ้นการออกดอกมากกว่าแสงสีแดง

                        ในกรณีของต้น  Pharbitis ซึ่งเป็นพืชวันสั้นนั้น เมื่อได้รับแสง Far  Red เมื่อเริ่มช่วงมืดจะไม่ออกดอกเมื่อความยาวของวันสั้นกว่า 5 ชั่วโมง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าพืชวันสั้นต้องการ Pfr ระดับหนึ่ง ที่เวลาใดเวลาหนึ่งระหว่างช่วงมืดหรือช่วงมีแสง   เป็นที่ชัดเจนว่าแสงสีแดงซึ่งกระตุ้นการสร้าง Pfr  มีประสิทธิภาพสูงสุดในการระงับการกระตุ้นการออกดอกของพืชวันสั้นเมื่อให้ในช่วงมืด     ตามปกติ 80 เปอร์เซ็นต์ ของไฟโตโครมทั้งหมดอยู่ในรูปของ  Pfr  เมื่อสิ้นสุดวันหรือสิ้นสุดช่วงมีแสง ฟลูออเรสเซนหรือแสงสีแดง แต่หลังจากที่มืดแล้วประมาณ 2-3 ชั่วโมง แสงสีแดงซึ่งทำให้เกิด Pfr  จะมีประสิทธิภาพในการระงับการออกดอกของพืชวันสั้น ดังนั้น Pfr  ที่มีอยู่มากก่อนช่วงมืดและจะเปลี่ยนรูปไปหมดหรือถูกทำลายในช่วงมืด      Pfr ซึ่งเกิดขึ้นโดยแสงสีแดงในเวลาที่เหมาะสมในระหว่างช่วงมืด จะมีผลในการระงับการออกดอกของพืชวันสั้น   ในขณะที่บทบาทของ Pfr ในการกระตุ้นการออกดอกของพืชวันสั้นไม่มีความสัมพันธ์กับเหตุการณ์ใดๆ  ในรอบของการกระตุ้น (Inductive cycle)  จากการสังเกตดังกล่าวจึงมีความคิดว่าไฟโตโครมนั้นเกิดเป็น 2 ชนิดในพืชวันสั้น ชนิดหนึ่งจำเป็นต่อการกระตุ้นการออกดอกของพืชวันสั้น และจะคงตัว  (Stable) ในความมืด        อีกชนิดหนึ่งจะไม่คงตัวในความมืด  แต่จะระงับการออกดอกของพืชวันสั้นได้ เมื่อปรากฏในช่วงเวลาที่พอเหมาะและ Pfr นั้นน่าจะมีอยู่ 2  ชนิด (ตามที่กล่าวมาแล้วในบทที่ 9 ว่าไฟโตโครมมีชนิดที่ 1 และชนิดที่ 2)

                        ลำดับของการกระตุ้นการออกดอกของ  Pfr จะกลับกันในพืชวันยาว  นั่นคือ   ระบบไฟโตโครมควบคุมการตอบสนองในการออกดอกของพืชวันยาวและวันสั้นจะสลับกัน คือ ช่วงมืดที่ ยาวจะกระตุ้นให้พืชวันสั้นออกดอก  แต่จะระงับการออกดอกของพืชวันยาว  ยิ่งไปกว่านั้นพืชทั้งสองชนิดจะตอบสนองต่อ Night Break ซึ่งส่งผลให้เกิด Pfr สูงขึ้น ในช่วงแรกของรอบในการรับแสงพบว่าพืชวันสั้นนั้นการออกดอกจะได้รับการกระตุ้นโดย Pfr  สูง   ดังนั้นพืชวันสั้นต้องการ Pfr สูงในช่วงแรกของรอบการรับแสงแล้วจึงต้องการ  Pfr  ต่ำในช่วงต่อมาของรอบการรับแสง    

                        พืชหลายชนิดมีการเจริญซึ่งกระตุ้นโดยแสง (Photophile phase)  และมีการเจริญซึ่งถูกระงับโดยแสงแต่กระตุ้นโดยความมืด  (Skotophile phase)  โดยรอบของการกระตุ้นหรือระงับการเจริญเติบโตนั้นจะอยู่ในรอบของ 24 ชั่วโมง ในการออกดอกของพืชนั้น จากที่กล่าวมาแล้วจะเห็นว่าช่วงมืดมีความสำคัญมาก แต่ไม่ได้หมายความว่าช่วงที่ได้รับแสงจะไม่มีความสำคัญ ระยะเวลาของการได้รับแสงและการกระจายของความยาวคลื่นแสงซึ่งพืชได้รับระหว่าง Photophile Phase   สามารถทำให้การตอบสนองต่อการออกดอกเปลี่ยนไปได้บ้างในบางกรณี ถ้าหากพืชวันสั้นไม่ได้รับแสงมาก่อนเลย ช่วงมืดจะไม่สามารถกระตุ้นการออกดอกได้  เช่น  พืชที่เป็น  Single  Inductive Cycle  คือ Xanthium ช่วงมืดจะกระตุ้นให้เกิดการออกดอกได้ก็ต่อเมื่อได้รับแสงมาก่อน 3-5 ชั่วโมง และพืชวันยาว Hyoscyamus ที่อยู่ในสภาพวันสั้น 2 วัน  จะระงับการออกดอกได้มากกว่าการที่พืชอยู่ในความมืดติดต่อกัน 48 ชั่วโมง

 

                        การวัดเวลาใน Photoperiodism

                        ลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งของ Photoperiodism คือ  การวัดฤดูกาลที่เปลี่ยนแปลงความยาวของวัน ซึ่งการวัดเวลาจากความยาวของวันอาจจะเป็นการวัดช่วงเวลาที่ต้องการสำหรับสารเมตาโบไลท์ จากรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปหนึ่ง ซึ่งจะคล้ายคลึงกับนาฬิกาทรายซึ่งต้องการเวลาเพื่อให้ทรายตกจากด้านบนลงสู่ด้านล่างผ่านทางช่องแคบ ๆ ในระบบดังกล่าวมีเพียงช่วงเวลาเดียวที่จะถูกวัดได้ เมื่อเสร็จสิ้นต้องมีปัจจัยภายนอกทำให้เกิดระบบนี้ขึ้นมาใหม่ เหมือนกับต้องมีการกลับนาฬิกาทรายด้านล่างขึ้นอยู่ด้านบน ซึ่งจากการทดลองในพืชวันสั้นหลายชนิด รวมทั้ง Xanthium พบว่า การสร้างสารกระตุ้นการออกดอก (Flowering stimulus) เป็นไปตามระบบของนาฬิกาทรายโดยเฉพาะ Xanthium ซึ่งจัดเป็นพืชชนิด Single inductive cycle พบว่าในวันที่ 9 หลังจากได้รับวันสั้นหรือได้รับช่วงมืดซึ่งกระตุ้นการออกดอก ต้น Xanthium  ซึ่งได้รับความมืด 10 ชั่วโมง จะเกิดตาดอกพัฒนาไปในระยะที่ 1 หรือ 2 ในขณะที่ต้นที่ได้รับช่วงมืด 16 ชั่วโมง ตาดอกพัฒนาไปสู่ระยะที่ 6 หรือ 7 เป็นที่ชัดเจนว่า Flowering stimulus เพิ่มขึ้นเมื่อได้รับความมืดนานขึ้น

                        จากการศึกษาพบว่าในระหว่างช่วงกลางวัน พืชได้รับแสงจะทำให้ไฟโตโครมอยู่ในรูป Pfr  แต่เมื่อมีการทำ Night break แสงสีแดงทำให้เกิด Pfr ขึ้นในช่วงมืดทำให้พืชวันสั้นออกดอกไม่ได้ ดังนั้น Pfr ซึ่งปรากฏจึงระงับการออกดอก ยกเว้น Pfr ชนิดที่กระตุ้นการออกดอก และต้องมีแสงสีแดงในปริมาณที่พอเพียงเพื่อให้ Pr ดูดซับ ในกรณีดังกล่าวแสดงว่าพืชวัดความยาวของวันโดยการวัดช่วงมืด ซึ่ง Pfr ลดลง และ Pr เพิ่มขึ้น

                        จากการศึกษาต่อมาพบว่า อาจจะเป็นไปได้ว่าพืชรู้ว่าความมืดเกิดขึ้นแล้วจากการที่ Pfr เปลี่ยนกลับเป็น Pr ในที่มืด แต่ก็มีข้อขัดแย้งเกิดขึ้นเพราะการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดอย่าง  รวดเร็วมาก ใช้เวลาน้อยกว่า 1 ชั่วโมง นอกจากนั้นการเปลี่ยนแปลงรงควัตถุไฟโตโครมยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย แต่การวัดเวลาของ Photoperiodism ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ

                        ดังนั้นความสนใจจึงเปลี่ยนไปว่า พืชอาจจะวัดความยาวของวันโดย Oscillating circadian clock ซึ่งเหมือนลูกตุ้มนาฬิกาแกว่งไปมาเพื่อพิสูจน์ว่า จริงหรือไม่นั้น มีการศึกษาโดยใช้ถั่วเหลืองซึ่งได้รับ Inductive cycle 7 รอบ แต่ละรอบมีช่วงมืด 64 ชั่วโมง ช่วงมืดนี้ถูกคั่นโดยการให้แสงนานทีละชั่วโมงหลายครั้ง เมื่อศึกษาพืชวันสั้นและวันยาวพบว่ามีการตอบสนองต่อ Night break เป็นจังหวะเหมือนกับถั่วเหลือง คือ ที่เวลาหนึ่งซึ่งแสงระงับการออกดอก การระงับการออกดอกจะเกิดขึ้นอีกใน 24 และ 48 ชั่วโมง ระหว่างเวลาที่ระงับและช่วงของการกระตุ้น ซึ่งชี้ให้เห็นว่าเป็นการวัดเวลาแบบ Oscillating timer มีพืชไม่กี่ชนิดที่ไม่ตอบสนองดังกล่าว เช่น Xanthium ซึ่งตอบสนองแบบ Single inductive cycle ในการทดลองกับถั่วเหลืองยังพบว่า ถั่วเหลืองจะออกดอกมากที่สุดเมื่อช่วงแสงและช่วงมืดรวมกันได้ 24   48 หรือ 72 ชั่วโมง ซึ่งชี้ให้เห็นว่าความมืดไม่ได้ควบคุมการออกดอกทั้งหมด แต่ช่วงแสงก็มีความสำคัญเช่นกัน ในช่วงที่ได้รับแสงนั้น แสงสีแดงมีประสิทธิภาพสูงสุดในการกระตุ้นการออกดอก ส่วนแสง Far Red กลับระงับการออกดอก Bunning ได้สรุปว่าการวัดเวลาของพืชอาจจะเกิดขึ้นแบบ Oscillating-circadian rhythm

 

                        สารกระตุ้นการออกดอก (The Flowering Stimulus)

                        ในระยะแรกของการศึกษาในด้านนี้ นักวิทยาศาสตร์พบว่าส่วนที่รับสัญญานจากสภาพแวดล้อม คือ ใบ โดยใบจะผลิตสารบางชนิดขึ้นมาเพื่อตอบสนองต่อ Photo Inductive Cycle และสารนี้จะเคลื่อนย้ายไปสู่ยอด  ในการทดลองพบว่าใบเพียงใบเดียวก็สามารถสร้างสารที่กระตุ้นให้เกิดการออกดอกได้ เช่น ให้ใบเพียงใบเดียวของต้นพืชได้รับรอบของแสงที่ต้องการ ส่วนใบที่เหลือไม่ได้รับช่วงแสงที่ต้องการ พบว่าพืชทั้งต้นสามารถออกดอกได้       Chailachjan เรียกสารที่กระตุ้นให้เกิดการออกดอกที่สร้างที่ใบว่าฟลอริเจน (Florigen)   ซึ่งจะสร้างในใบภายใต้สภาพความยาวของวันที่เหมาะสม แต่ในปัจจุบันยังไม่มีผู้ใดสามารถแยกสารฟลอริเจนได้

                        Hamner ได้ยืนยันข้อเสนอของ Chailachjan โดยทดลองกับต้น Xanthium โดยแสดงให้เห็นว่าถ้าหากต้น Xanthium ได้รับแสงที่เหมาะสมต่อการออกดอก แต่ต้นนั้นปราศจากใบ ต้น Xanthium จะไม่ออกดอก       แต่ถ้าเหลือใบไว้ 1/8 ของใบหนึ่งใบ พบว่า Xanthium สามารถออกดอกได้   ในการทดลองซึ่งใช้ต้น Xanthium ต้นเดียวกันแต่มี 2 กิ่ง พบว่าสารกระตุ้นการออกดอกที่เกิดในใบเพียงใบเดียวสามารถกระตุ้นให้พืชทั้งต้นออกดอกได้

                        ในการทดลองจำนวนมากได้แสดงให้เห็นว่า สารที่กระตุ้นการออกดอกนี้สามารถเคลื่อนย้ายจากต้นหนึ่งไปยังอีกต้นหนึ่ง โดยผ่านทางรอยต่อเชื่อม (Graft Union) ซึ่งการต่อเชื่อม (Graft) นี้ อาจจะทำในต้นหนึ่งกับอีกต้นหนึ่งหรือนำใบเพียงหนึ่งใบซึ่งมีสารกระตุ้นการออกดอกมาต่อเชื่อมกับต้นที่ไม่ได้รับสภาพแสงที่เหมาะสมต่อการออกดอก สารกระตุ้นการออกดอกจากใบเพียงใบเดียวสามารถเคลื่อนย้ายผ่านรอยต่อเชื่อม และทำให้พืชต้นที่ไม่พร้อมที่จะออกดอกสามารถออกดอกได้ การทดลองการต่อเชื่อมนี้กระทำกันทั้งพืชวันสั้นและวันยาว ซึ่งพบว่าให้ผลเหมือนกัน

                        ดังได้กล่าวมาแล้วว่า ยังไม่มีผู้ใดสามารถแยกสารฟลอริเจนออกมาจากพืชได้ แต่ในปัจจุบันพบว่ามีฮอร์โมนพืชซึ่งจะกล่าวถึงในบทต่อไปสามารถกระตุ้นให้พืชออกดอกได้ เช่น ออกซิน จิบเบอเรลลิน และเอทธิลีน เป็นต้น สามารถกระตุ้นให้พืชบางชนิดออกดอกได้ภายใต้สภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจง     ในแนวความคิดของนักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันนั้นเป็นไปได้ว่า ฟลอริเจนเป็นเพียงชื่อเท่านั้น แต่ตัวสารอาจจะเป็นฮอร์โมนชนิดใดชนิดหนึ่ง เช่น จิบเบอเรลลิน เพราะการออกดอกของพืชบางชนิดจะควบคู่ไปกับการเพิ่มปริมาณของจิบเบอเรลลิน นอกจากนี้จิบเบอเรลลินยังทำให้ความต้องการวันยาวในการออกดอกของพืชลดลง  และยังสามารถลดความต้องการอุณหภูมิต่ำ (Vernalization) ในการออกดอกด้วย      แต่นักวิทยาศาสตร์บางท่านให้ความเห็นว่าฟลอริเจนอาจจะเป็นความสมดุลของฮอร์โมนหลายชนิดในพืช

                        จากที่กล่าวมาข้างต้นจะเห็นได้ว่าพืชหลายชนิดจะออกดอกได้ เมื่อได้รับช่วงแสงที่เหมาะสม แต่ความยาวของวันไม่ได้เป็นสภาพแวดล้อมเพียงอย่างเดียวซึ่งควบคุมการออกดอกของพืช    อุณหภูมิยังเป็นปัจจัยอีกปัจจัยหนึ่งที่สามารถควบคุมการออกดอกของพืชได้โดยเฉพาะพืชในเขตอบอุ่น

 

การตอบสนองของพืชต่อความยาวของวันที่นอกเหนือจากการออกดอก

                        ความยาวของวันทำให้การเจริญเติบโตของพืชตอบสนองในลักษณะอื่น ๆ            ที่       นอกเหนือจากการออกดอกหลายประการ เช่น การเจริญเติบโตของดอก พืชหลายชนิด เช่น เบญจมาศ ดอกตูมจะเหี่ยวแห้งตายไป   เมื่อนำต้นเบญจมาศดังกล่าวไปไว้ในสภาพแวดล้อมซึ่งไม่ใช่สภาพที่กระตุ้นให้เกิดการออกดอก ดอกของพืชที่เป็น Single Inductive Cycle เจริญได้ดีในสภาพที่กระตุ้นให้เกิดการออกดอกได้ ความสามารถในการผสมของละอองเกสรตัวผู้จะตอบสนองต่อความยาวของวันมากกว่าความสามารถในการผสมของไข่    พืชที่เป็น Monoecious และ Dioecious นั้น จำนวนดอกตัวผู้และดอกตัวเมียจะขึ้นอยู่กับความยาวของวัน  ทั้งดอกตัวผู้และดอกตัวเมียจะถูกกระตุ้นให้เกิดขึ้นได้ทั้งวันยาวและวันสั้น ทั้งนี้ขึ้นกับชนิดของพืช ตามปกติสารควบคุมการเจริญ    เติบโตจะมีผลกระทบต่อการพัฒนาของดอก รวมทั้งการกำหนดเพศของดอกด้วย เช่น ออกซิน และ  เอทธิลีนมักจะถูกกระตุ้นให้เพิ่มปริมาณของดอกตัวเมีย   เช่น  ในกรณีของพืชตระกูลแตงเอทธิลีนภายในต้นเป็นฮอร์โมนซึ่งกระตุ้นการเกิดดอกตัวเมีย  ภายใต้สภาพความดันที่ลดลงซึ่งทำให้เอทธิลีนสามารถซึมออกจากเนื้อเยื่อพบว่าจะทำให้ปริมาณของดอกตัวผู้เพิ่มขึ้น เมื่อเพิ่มเอทธิลีนภายใต้สภาพความดันต่ำดอกตัวเมียจะเพิ่มขึ้นได้ คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็น Competitive inhibitor  ของเอทธิลีนสามารถกระตุ้นให้เกิดดอกตัวผู้ได้ในหลาย ๆ กรณี  นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าการทำ  Night break จะทำให้การพัฒนาของดอกตอบสนองเหมือนกับได้รับวันยาว  พืชบางชนิด เช่น      สตรอเบอรี่จะผลิตไหลเมื่อได้รับวันยาว และ Bryophyllum  จะสร้างต้นอ่อนขนาดเล็กที่ขอบใบเมื่อได้รับวันยาวเช่นกัน

 

การพักตัว (Dormancy)

                        ดังได้กล่าวมาแล้วถึงการพักตัวของตาและเมล็ด   โดยทั่วไปวันสั้นกระตุ้นให้เกิดการพักตัวของตา  การตอบสนองดังกล่าวมีทั้งชนิดที่เป็นชนิด Absolute, Facultative หรือเป็นแบบ Day-neutral  (ซึ่งในกรณีนี้มักจะพักตัวโดยการตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำ) การทำ Night break จะให้ผลเหมือนวันยาว ใบจะตอบสนองต่อวันสั้นทำให้เกิดการพักตัวซึ่งอาจจะเกิดสารกระตุ้นการพักตัวขึ้น  แต่ถ้าวันยาวสามารถทำให้พืชออกจากการพักตัว ก็น่าจะเป็นเพราะตัวของตาเอง หรือกาบตา (Scale) ที่อยู่รอบ ๆ ซึ่งจะตอบสนองต่อความยาวของวัน   ABA มักจะให้ผลเหมือนวันสั้นในการกระตุ้นให้เกิดการพักตัว แต่ไม่เสมอไป จิบเบอเรลลินทำให้ตาออกจากการพักตัวในพืชหลายชนิดแต่ไม่ใช่ทุกชนิด การงอกของเมล็ดบางชนิดก็ตอบสนองต่อความยาวของวัน คือ มีเมล็ดชนิดวันสั้นและวันยาว

 

การยืดตัวของลำต้น (Stem elongation)

                        ลำต้นของพืชหลายชนิดมีแนวโน้มจะยืดตัวภายใต้สภาพวันยาวมากกว่าภายใต้สภาพวันสั้น  แสง Far Red ซึ่งให้พืชตอนเริ่มต้นความมืดจะเพิ่มการยืดตัวของลำต้น การกำจัด  Pfr ก่อนช่วงมืดอาจจะเป็นการกระตุ้นให้เกิดสภาพวันสั้นขึ้นซึ่งในกรณีการกระตุ้นการยืดตัวของลำต้นจะต่างไปจากกรณีดังกล่าวซึ่งยังไม่เข้าใจนัก

 

อวัยวะสะสมอาหาร (Storage organ)

                        การเจริญของอวัยวะสะสมอาหารทั้งหมด    ยกเว้นหัวหอมใหญ่จะเกิดในสภาพ   วันสั้น ซึ่งตามปกติจะมีปฏิสัมพันธ์กับอุณหภูมิและลักษณะการตอบสนองต่อความยาวของวันจะเป็นไปตามกฎ ความยาวของช่วงกลางคืนมีความสำคัญมาก การเกิด Night break จะส่งผลกระทบและมีระบบไฟโตโครมเข้ามาเกี่ยวพัน ในกรณีนี้จะเกิด Stimulus  ขึ้นที่ใบ ซึ่งจะคล้ายคลึงกับการออกดอกของพืชวันสั้น ยกเว้นกรณีการลงหัวของหอมหัวใหญ่  ซึ่งจะคล้ายคลึงกับการออกดอกของพืชวันยาว   แต่ยังมีข้อขัดแย้งจากผลของจิบเบอเรลลิน ออกซิน เอทธิลีน และไซโตไคนินซึ่งสามารถกระตุ้นการพัฒนาของอวัยวะสะสมอาหาร เช่น หัวของ  มันฝรั่ง  หอมหัวใหญ่ และหัวมันเทศ  ซึ่งเป็นพืชซึ่งมีความต้องการความยาวของวันต่างกัน คือ มันฝรั่งต้องการวันสั้นในการลงหัว       ส่วนหอมหัวใหญ่ต้องการวันยาวและมันเทศเป็นพืชชนิด Day-neutral  ในปัจจุบันยังจำแนกลักษณะของ Stimulus ที่เกิดที่ใบยังไม่ได้  แต่สารดังกล่าวไม่ใช่ไซโตไคนินอย่างแน่นอน

 

กิ่งก้านสาขา

                        การเจริญของใบพืชหลายชนิดเกิดจากผลของความยาวของวัน    วันยาวจะกระตุ้นให้ใบที่มีลักษณะ ยาว  ใหญ่ บาง และมีสีเหลืองกว่าวันสั้น ในพืชอวบน้ำ ความอวบน้ำ จะลดลงในสภาพวันยาว  การตอบสนองของใบจะเป็นอิสระจากการออกดอก  การแตกกิ่งก้านสาขาของพืชหลายชนิดกระตุ้นโดยสภาพวันสั้น  ในกรณีมะเขือเทศและพืชอื่นอีก 2-3 ชนิด เมื่อให้แสงมากกว่า 18 ชั่วโมงต่อวันจะทำให้ใบพัฒนาลักษณะ  interveinal chlorosis แต่พืชอีกหลายชนิดไม่ตอบสนองเช่นนี้  ใบพืชอีกหลายชนิดพบว่าสภาพวันสั้นทำให้การสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ลดลง การแตกรากของกิ่งชำมักจะถูกกระตุ้นโดยสภาพวันยาวแต่การศึกษาด้านนี้ยังมีข้อมูลน้อย ในหลายกรณีพบว่าช่วงความยาวของวัน ก่อนการตัดกิ่งชำจะมีผลมาก แต่มีอีกหลายกรณีที่มีผลต่อกิ่งชำโดยตรง

         

  

                        Thermoperiodism

                       Thermoperiodism เป็นปรากฏการณ์ซึ่งการเจริญเติบโตได้รับการกระตุ้นโดยการสลับกันของอุณหภูมิกลางวันและกลางคืน หัวมันฝรั่งสร้างขึ้นเมื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิกลางคืนต่ำ การติดผลของมะเขือเทศก็ถูกกระตุ้นโดยอุณหภูมิกลางคืนต่ำเช่นกัน การเจริญของจุดกำเนิดดอกในพืชบางชนิดก็เป็นการตอบสนองแบบ Termoperiodism    แนวความคิดในเรื่อง  Thermoperiodism คือ พืชให้ผลผลิตสูงขึ้นภายใต้สภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิกลางคืน และกลางวันแตกต่างกัน Thermoperiodism พบในพืชบางชนิดรวมทั้งมะเขือเทศ แต่ในพืชอีกหลายชนิดความแตกต่างของอุณหภูมิกลางคืนและกลางวันไม่มีความจำเป็นต่อการเจริญเติบโต เช่น Cocklebur      Sugar Beet ข้าวสาลี   ข้าวโอ๊ต และถั่ว เจริญเติบโตได้เท่ากันในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิกลางวันและกลางคืนคงที่ และในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิกลางวันและกลางคืนแตกต่างกัน

                        พืชบางชนิดเจริญเติบโตดีขึ้น เมื่ออุณหภูมิผันแปรในรอบ 24 ชั่วโมง ซึ่งดูจะเข้ากันได้กับ Circadian clock จึงมีพืชหลายชนิดที่เจริญเติบโตไม่ดี เมื่ออุณหภูมิกลางวันกับกลางคืนคงที่ ในความเป็นจริงแล้วการตอบสนองแบบ Thermoperiodi มีปฏิสัมพันธ์กับแสงหรือมักจะสัมพันธ์กับ Photoperiodism โดยอาจจะเกี่ยวข้องกับความสมดุลของระบบไฟโตโครม

                        ตัวอย่างหนึ่งที่ชัดเจนในเรื่อง Thermoperiodism นั้น คือใบพืช Laothenia charysostoma เป็นพืชล้มลุกในตระกูล Compositae ซึ่งเกิดทั่วไปในฤดูใบไม้ผลิในทะเลทรายแถบแคลิฟอร์เนีย พืชชนิดนี้ไวต่ออุณหภูมิกลางคืนมาก การปลูกภายใต้สภาพวันสั้นพืชจะมีชีวิตอยู่ได้เพียง 2 เดือน เมื่ออุณหภูมิกลางคืนเท่ากับ 20 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมิต่ำลงมาพืชชนิดนี้จะเจริญเติบโตได้นานอย่างน้อย 100 วัน และจะตายอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิกลางคืนเท่ากับ 26 องศาเซลเซียส พืชอีกหลายชนิดเจริญได้ไม่ดีเมื่ออุณหภูมิกลางคืนเท่ากับ 26 องศาเซลเซียส  Laothenia เจริญเติบโตได้ดี เมื่ออุณหภูมิกลางวันสูงกว่า 26 องศาเซลเซียส      แต่ต้องมีอุณหภูมิกลางคืนต่ำพอ พืชพื้นเมืองในแคลิฟอร์เนียอื่น ๆ ก็ตอบสนองเช่นเดียวกับ Laothenia

                        เนื้อเยื่อที่แตกต่างกันของพืชยังตอบสนองต่อสภาพอุณหภูมิต่างกันด้วย     ดังนั้นการรักษาระดับอุณหภูมิของรากและลำต้นให้เท่ากัน อาจจะไม่ทำให้พืชเจริญเติบโตดีก็ได้ ตามปกติอุณหภูมิดินจะแตกต่างจากอุณหภูมิของอากาศอยู่แล้ว ดังนั้นพืชอาจจะต้องการอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างรากและลำต้น

 

กลไกของการตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำ

การเข้าใจถึงกลไกของการตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำนั้นอาจจะเกี่ยวข้องกับฮอร์โมนหรือการปิดกั้นกระบวนการเมตาบอลิสม์ ซึ่งการปิดกั้นอาจจะเกิดจากสารระงับการเจริญเติบโต หรือการขาดหายไปของสารที่จำเป็นภายในต้นพืชหรือทั้ง 2 กรณีร่วมกัน     สารระงับการเจริญเติบโตอาจจะหายไปหรือสารควบคุมการเจริญเติบโตอาจจะเพิ่มขึ้นเมื่อได้รับอุณหภูมิต่ำ     มีผลต่อการออกดอก เมล็ดงอก และต้นอ่อนเจริญเติบโต     ซึ่งในกรณีดังกล่าวจิบเบอเรลลิน และ ABA ดูจะมีบทบาทเกี่ยวข้องมาก กลไกเหล่านี้เหมือนกันในแต่ละกระบวนการหรือไม่ ความแตกต่างน่าจะมีในแต่ละกระบวนการ แต่ในหลาย ๆ กรณีอาจจะคล้ายคลึงกัน

ถ้าอุณหภูมิต่ำลดอัตราของปฏิกิริยาทางเคมี จะอธิบายถึงการเพิ่มขึ้นของสารกระตุ้นการเจริญเติบโตได้อย่างไร หรือแม้แต่การเพิ่มอัตราการทำลายสารระงับการเจริญเติบโต      ก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ชื่อ Melchers และ Lang และอีกกลุ่ม คือ Purvis และ Gregory ได้ให้        คำแนะนำในช่วงทศวรรษที่ 1940 โดยทั้งสองกลุ่มทำงานแยกกัน แต่ให้คำแนะนำคล้ายกันว่าอาจจะมีปฏิสัมพันธ์ 2 ประการเกิดขึ้น คือ ปฏิกิริยาที่ 1 ซึ่งมีค่า Q10 หรือ Temperature Coefficient ต่ำกว่าปฏิกิริยาที่ 2 ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาที่ 1 ถูกควบคุมโดยปฏิกิริยาที่ 2      ถ้าอัตราของปฏิกิริยาที่ 1 มากกว่าอัตราของปฏิกิริยาที่ 2 จะทำให้ผลิตภัณฑ์ B ของปฏิกิริยาที่ 1 สะสม  ในทางตรงกันข้ามผลิตภัณฑ์ C ของปฏิกิริยาที่ 2 จะสะสมเมื่ออัตราของปฏิกิริยาที่ 2 มากกว่า แม้ว่า Q10 ของปฏิกิริยาที่ 1 ต่ำ แต่ปฏิกิริยาที่ 1 ดำเนินไปได้ที่อุณหภูมิต่ำเร็วกว่าปฏิกิริยาที่ 2 ซึ่งทำให้สามารถอธิบายการสะสมของ B ที่อุณหภูมิต่ำได้ เมื่อเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ 2 เพิ่มขึ้นเร็วกว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ 1     ดังนั้นที่อุณหภูมิวิกฤต B    จะถูกใช้ไปเร็วเท่าๆ กับการที่ถูกผลิตขึ้นมาและไม่มีการสะสม ปฏิกิริยาที่ 2 อาจจะเป็นกระบวนการ Devernalization และในความเป็นจริง Devernalization อาจจะหมดไปใน 2-3 วัน ที่ได้รับอุณหภูมิ neutral อาจจะแสดงให้เห็นว่ามีปฏิกิริยาที่ 3 ซึ่งเปลี่ยน B เป็น D ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่อยู่ตัว และแน่นอนว่าโครงสร้างที่เสนอมานี้ยังไม่สมบูรณ์ เพราะว่ายังมีปัจจัยอื่น ๆ ที่อาจจะเกี่ยวข้อง เช่น การสังเคราะห์เอนไซม์ การกระตุ้นเอนไซม์ Membrane permeability ซึ่งเปลี่ยนไป และการเคลื่อนย้ายอาหารเป็นต้น

                        ระบบการควบคุมแบบ Feedback   อาจจะมีผลต่อปฏิกิริยาโดยรวม ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาหนึ่งอาจจะระงับอัตราการเกิดอีกปฏิกิริยาหนึ่งได้ หรือที่อุณหภูมิต่ำ สารบางอย่างอาจจะเกิดการสะสม เพราะสารประกอบอีกชนิดหนึ่งระงับการสังเคราะห์สารนี้ไม่สามารถสะสม               จิบเบอเรลลินเพิ่มขึ้นในเมล็ดบางชนิด และตาของพืชเมื่อพ้นจากการพักตัว      จิบเบอเรลลินจึงเทียบเท่ากับ B หรือ D หรือจิบเบอเรลลินอาจจะรั่วออกมาจากบริเวณที่สะสมเมื่อเยื่อหุ้มยอมให้สารเข้าออกได้มากขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ ในพืช 2-3 ชนิด ไซโตไคนินและเอทธิลีนอาจจะเข้ามามีบทบาท

                        ถ้ากำลังอธิบายเกี่ยวกับการทำลายสารระงับการเจริญเติบโตที่อุณหภูมิมากกว่ามีการสังเคราะห์สารกระตุ้นการเจริญเติบโต เราจะพบบทบาทที่กลับกันของสมมุติฐานที่กล่าวมาแล้ว การทำลายหรือการเปลี่ยนแปลงอาจจะเกิดในอัตราที่เร็วที่อุณหภูมิต่ำ และมี Q10 ต่ำด้วย การสังเคราะห์สารระงับการเจริญเติบโตต้องเกิดน้อยที่อุณหภูมิต่ำด้วย แต่จะต้องมี Q10 สูง

                        Vernalization คือ การกระตุ้นให้พืชออกดอกโดยการใช้อุณหภูมิต่ำประมาณ 1-7 องศาเซลเซียส โดยเฉพาะกับพืช Bienial และ Perennial (พืชบางชนิดที่ออกดอกได้เมื่อกระตุ้นด้วยอุณหภูมิสูงมักเป็นพืชล้มลุก (Annual) เช่น ปวยเหล็ง และแอสเตอร์ เป็นต้น      พืชพวกนี้ เช่น กะหล่ำปลี เซเลอรี่ หัวบีท และหอมหัวใหญ่ ทั้งนี้รวมกับการกระตุ้นให้ออกดอกเร็วขึ้น โดยได้รับอุณหภูมิต่ำ เช่น ธัญพืชฤดูหนาว (Winter Grain) ผักสลัด และแรดิช เป็นต้น

การพบความสำคัญของอุณหภูมิต่อการออกดอกนั้น เริ่มมาจากงานของ Gassner ในปี 1918 ซึ่งการศึกษาการออกดอกของธัญพืช เช่น ข้าวสาลี และข้าวไรย์ ซึ่งสามารถแบ่งเป็น       2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่หว่านในฤดูใบไม้ร่วงหรือพันธุ์ฤดูหนาว (Winter Varieties) กับพวกที่หว่านในฤดูใบไม้ผลิซึ่งเป็นพันธุ์ฤดูใบไม้ผลิ (Spring Varieties) ทั้ง 2 กลุ่มนี้ แม้ว่าจะหว่านในฤดูต่างกัน แต่จะออกดอกและแก่ในฤดูร้อนถัดไป ถ้าหากหว่านข้าวสาลีฤดูหนาวช้าไปจนถึงฤดูใบไม้ผลิ  ข้าวสาลีเหล่านี้จะไม่ออกดอก แต่จะเจริญเติบโตทางด้านลำต้นและใบ ตลอดฤดูการปลูก จึงเหมือนกับว่าเป็นความจำเป็นที่ต้องหว่านข้าวสาลีฤดูหนาวในฤดูใบไม้ร่วง ซึ่งทำให้ฤดูการปลูกยาวออกไป แม้ว่าในระหว่างฤดูหนาวนั้นข้าวสาลีเหล่านี้จะเจริญ  เติบโตน้อยมากก็ตาม

                        Gassner ได้ศึกษาถึงผลกระทบของอุณหภูมิในระหว่างการงอก และในระยะแรกของการเจริญเติบโตของข้าวไรย์ฤดูหนาวและฤดูใบไม้ผลิ และพบว่าอุณหภูมิในระหว่างการงอกไม่มีผลกระทบต่อการออกดอกของข้าวไรย์ฤดูใบไม้ผลิ แต่สำหรับข้าวไรย์พันธุ์ฤดูหนาวนั้นอุณหภูมิต่ำในช่วงที่เมล็ดงอกและช่วงแรกของการเจริญเติบโตมีความจำเป็นต่อการออกดอกของข้าวไรย์กลุ่มนี้ ซึ่งความต้องการอุณหภูมิต่ำในการออกดอกของธัญพืชเหล่านี้เรียกว่า Vernalization ซึ่งโดยเริ่มต้นหมายถึง การกระตุ้นการออกดอกในธัญพืชฤดูหนาวด้วยการได้รับอุณหภูมิต่ำของต้นกล้า เมล็ดชื้นหรือเมล็ดที่กำลังงอก  แต่ความหมายในปัจจุบันได้เปลี่ยนไปเป็นการกระตุ้นให้พืชออกดอกโดยการได้รับอุณหภูมิต่ำมาก่อน

                        พืชสองฤดู (Biennial) นั้น ในสภาพธรรมชาติจะงอกในฤดูใบไม้ผลิแล้วเจริญมีลักษณะต้นเตี้ย (Rosette) ต่อเมื่อผ่านฤดูหนาวแล้วจึงสามารถแทงช่อดอกออกมาในฤดูที่สอง ทั้งนี้เพราะผลของอุณหภูมิต่ำที่ได้รับในช่วงฤดูหนาวนั่นเอง พืชสองฤดูนี้ถ้าหากไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำจะไม่สามารถออกดอกได้ พืชสองฤดูที่สำคัญทางเศรษฐกิจคือ หอมหัวใหญ่ เซเลอรี่ แครอท หัวบีท กะหล่ำปลี คะน้า และกะหล่ำดาว เป็นต้น

                        ในกรณีของพืชยืนต้น (Perennal) เมื่อออกดอกแล้วต้นไม่ตาย และในการออกดอกครั้งต่อไปต้องได้รับอุณหภูมิต่ำเสียก่อน พืชยืนต้นที่ต้องการอุณหภูมิต่ำเพื่อการออกดอก คือ         ราสเบอรี่ และ Lolium perenne      Primrose Violet และเบญจมาศ เป็นต้น

                        อายุของพืชซึ่งเหมาะสมต่อการได้รับอุณหภูมิต่ำเพื่อกระตุ้นให้ออกดอกนั้นอาจจะต่างกันไปในแต่ละพืช เช่น พืชบางชนิดจะตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำได้ดีในระยะที่เป็นเมล็ด เช่น ในกรณีของ Winter grain ต่าง ๆ พืชบางชนิดจะตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำได้เมื่อเจริญเติบโตเต็มที่แล้ว เช่น บีท ซึ่งในระยะที่ต้นยังอ่อนอยู่จะไม่ตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำ พืชบางชนิดตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำได้ในทุกระยะของการเจริญเติบโตโดยที่อายุจะมีระยะที่ตอบสนองดีที่สุดอยู่ระยะหนึ่ง เมล็ดของพืชบางชนิดอาจจะตอบสนองอุณหภูมิต่ำได้ตั้งแต่ยังคงอยู่บนต้น พืชที่ได้รับอุณหภูมิต่ำแล้วสามารถออกดอกได้นั้นยังแบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ต้องการอุณหภูมิต่ำเพื่อการออกดอกโดยที่ถ้าไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำจะไม่สามารถออกดอกได้    จัดเป็น Obligate requirement for vernalization เช่น กะหล่ำปลี เซเลอรี่  และ Foxglove เป็นต้น พืชบางชนิดหากได้รับอุณหภูมิต่ำจะออกดอกเร็ว แต่ต้นที่ไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำก็ออกดอกได้ โดยใช้เวลานานออกไป      จัดเป็นกลุ่ม Facultative cold requirement เช่น ผักสลัด และ Pisum sativum บางสายพันธุ์

                        มีพืชหลายชนิดซึ่งมีจุดกำเนิดดอกแล้ว (Flower primordia) แต่การเจริญเติบโตของดอกขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เหมาะสมซึ่งมักจะเป็นอุณหภูมิต่ำ เช่น ทิวลิป จุดกำเนิดของดอกจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงประมาณ 20 องศาเซลเซียส แต่อุณหภูมิที่จะทำให้ดอกและใบพัฒนาได้ คือ   อุณหภูมิ 8-9 องศาเซลเซียส ในตอนแรกและต่อมาต้องการอุณหภูมิ 13 องศาเซลเซียส ซึ่งก็เหมือนกับ         ไฮยาซินซ์ (Hyacinth) และแดพโฟดิล (Daffodil) พืชที่แสดงลักษณะการออกดอกแบบนี้ไม่ต้องการ Vernalization เพราะ Vernalization นั้น พืชจะสร้างจุดกำเนิดของดอกหลังจากที่ได้รับอุณหภูมิต่ำแล้วโดยที่อาจจะเกิดที่อุณหภูมิปกติได้

                        สำหรับกลไกของอุณหภูมิต่ำที่มีผลต่อการออกดอกนั้น ยังไม่ทราบแน่นอนนัก แต่อาจจะเกี่ยวข้องกับการปลดจากการปิดกั้นข้อมูลทางพันธุกรรมของเซลล์ซึ่งอาจจะมีผลกระทบต่อปริมาณของกรดนิวคลีอิคและโปรตีนที่เกิดขึ้นขณะได้รับอุณหภูมิต่ำ เช่น ในข้าวไรย์พันธุ์ฤดูหนาวจะปรากฏโปรตีนชนิดใหม่ขึ้นในระหว่างที่ได้รับอุณหภูมิต่ำ ซึ่งเป็นโปรตีนที่คล้ายกับโปรตีนที่พบในข้าวไรย์พันธุ์ฤดูใบไม้ผลิ นอกจากนั้นยังพบว่าฮีสโตนของข้าวสาลีพันธุ์ฤดูหนาวจะมีรูปแบบที่ซับซ้อนกว่าฮีสโตนของข้าวสาลีพันธุ์ฤดูใบไม้ผลิและในระหว่างที่ได้รับอุณหภูมิต่ำ รูปแบบของฮีสโตนนี้จะลดความซับซ้อนลง กลายเป็นรูปแบบอย่างง่ายซึ่งพบในสายพันธุ์ฤดูใบไม้ผลิ         ซึ่งการเกิดการเปลี่ยนแปลงของโปรตีนและฮีสโตนนั้นเกิดในคัพภะหรือต้นอ่อนของเมล็ดไม่ใช่ในส่วนของอาหารสำรอง (Endosperm)

ส่วนของพืชที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำจะอยู่ที่ปลายยอดโดยเซลล์ของเนื้อเยื่อเจริญบริเวณนั้นจะตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำ โดยส่วนอื่น ๆ ของต้นอาจจะอยู่ในอุณหภูมิเท่าไรก็ได้ การศึกษาให้อุณหภูมิต่ำบริเวณปลายยอดนี้ได้ผลใน เซเลอรี่ บีท เบญจมาศ และหอมหัวใหญ่ ส่วนใน Lunaria annua พบว่าใบที่ยังไม่แก่เต็มที่จะสามารถตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำได้ คือ ถ้าหากเด็ดใบจากต้นที่ไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำมาปักชำ   ต้นที่เกิดใหม่จากส่วนโคนของใบนี้จะต้องผ่านอุณหภูมิต่ำเสียก่อน จึงจะออกดอกได้ แต่ถ้านำใบที่เด็ดออกมานี้ไปไว้ในอุณหภูมิต่ำ ต้นที่เกิดใหม่จากใบนี้จะมีคุณสมบัติเหมือนกับต้นที่ผ่านอุณหภูมิต่ำมาแล้ว  ผลของอุณหภูมิต่ำจะจำกัดอยู่ตรงบริเวณโคนใบซึ่งเซลล์กำลังแบ่งตัวแบบไมโตซิสอยู่   ซึ่งถ้าหากเด็ดเอาส่วนของโคนใบออกประมาณ 5 เซนติเมตร ต้นที่เกิดใหม่จากรอยเด็ดนี้จะไม่มีคุณสมบัติของการผ่านอุณหภูมิต่ำมาก่อนเลย

 

                        การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระหว่างได้รับอุณหภูมิต่ำ

                        ลักษณะของ  Vernalization   ที่สำคัญคือเป็นกระบวนการที่เกิดได้เร็วที่     อุณหภูมิต่ำ เมื่อเปรียบเทียบกับที่อุณหภูมิสูง  ซึ่งเป็นลักษณะที่ผิดปกติสำหรับกระบวนการทางเคมีทั่วๆ ไป แต่อย่างไรก็ตามกระบวนการเปลี่ยนแปลงที่เกิดระหว่าง  Vernalization เป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์

 

                        สารกระตุ้นการออกดอกในกระบวนการ Vernalization

                        ในการศึกษาพืชชนิดหนึ่งชื่อเฮนเบน (Henbane) พบว่าถ้านำใบของเฮนเบนจากต้นที่ได้รับอุณหภูมิต่ำแล้วไปต่อเชื่อมบนต้นตอที่ยังไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำ   จะส่งผลให้ต้นตอสามารถออกดอกได้  ผลการทดลองในทำนองเดียวกันนี้ยังพบในพืชสองฤดู   เช่น  หัวบีท กะหล่ำปลี และแครอท การถ่ายทอดสารกระตุ้นการออกดอกที่เกิดจาก  Vernalization นี้ สามารถถ่ายทอดระหว่างพืชที่ต้องการอุณหภูมิต่ำในการออกดอกและไม่ต้องการได้      หรือแม้แต่เป็นพืชคนละสกุล (Genera)    ก็สามารถถ่ายทอดสารกระตุ้นการออกดอกถึงกันได้ สารกระตุ้นการออกดอกที่เกิดจาก Vernalization นี้ Melchers และ Lang ตั้งชื่อว่า เวอนาลิน (Vernalin) แต่อย่างไรก็ตามพืชบางชนิดเช่น  เบญจมาศไม่สามารถถ่ายทอดเวอนาลินไปยังอีกต้นหนึ่งโดยการเชื่อมต่อและถ้าเฉพาะส่วนยอดได้รับอุณหภูมิต่ำเท่านั้น จะทำให้ส่วนยอดออกดอกได้  แต่ส่วนอื่น ๆ ยังคงไม่สามารถออกดอกได้  จากการที่เบญจมาศแสดงผลดังกล่าวนั้น ทำให้เกิดความคิดที่ว่าการให้อุณหภูมิต่ำอาจไม่มีผลโดยตรงในการผลิตฮอร์โมนเฉพาะที่ถ่ายทอดได้  แต่อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฉพาะแห่งในกลุ่มเซลล์ที่ทำให้สามารถผลิตฟลอริเจนได้ในเวลาต่อมาเมื่ออยู่ในสภาพที่เหมาะสม  ดังนั้นเวอนาลินจึงต่างจาก     ฟลอริเจน และไม่ใช่สารชนิดเดียวกัน หลักฐานที่สนับสนุนความคิดดังกล่าวคือ การที่ยาสูบพันธุ์ Maryland Mammoth ซึ่งเป็นพืชวันสั้นต่อเชื่อมกับ Hyoscyamus niger ซึ่งเป็นพืชวันยาว และต้องการอุณหภูมิต่ำในการออกดอก พบว่าในสภาพวันยาว Hyoscyamus niger สามารถออกดอกได้โดยไม่ต้องได้รับอุณหภูมิต่ำ  แต่ต้นยาสูบเป็นพืชวันสั้นจึงไม่สามารถออกดอกในสภาพวันยาว ดังนั้นจึงแสดงว่า     การที่ต้นรับ (Hyoscyamus  niger) ออกดอกได้แสดงว่าไม่ได้เกิดจากการถ่ายทอด ฟลอริเจนจากยาสูบ เพราะยาสูบไม่ออกดอกแสดงว่ามีสารอื่นมาเกี่ยวข้อง

                        สารที่ได้จาก Vernalization นั้น    อาจจะเกี่ยวข้องกับฮอร์โมนจิบเบอเรลลินเพราะมีหลายกรณีที่จิบเบอเรลลินสามารถทดแทนอุณหภูมิต่ำในการออกดอกได้ ดังจะได้กล่าวถึงต่อไป

 

เสถียรภาพของ Vernalization

                        โดยทั่วไปอุณหภูมิสูงจะลบล้างผลของอุณหภูมิต่ำในช่วงแรกของการได้รับอุณหภูมิต่ำ แต่ภาวะของ Vernalization จะมีเสถียรภาพดีมากหากได้รับอุณหภูมิต่ำจนทำให้เกิดผลอย่างสมบูรณ์แล้ว  โดยทั่วไปเซลล์ทั้งหมดที่เกิดจากการแบ่งเซลล์เดิมที่ได้รับอุณหภูมิต่ำแล้วจะมีสภาพที่ได้รับ  Vernalization ด้วย  การลบล้างผลของ Vernalization เรียกว่า Devernalization ซึ่งจะลบล้างด้วยอุณหภูมิสูงและสภาพขาดออกซิเจน  ซึ่งพบได้ในเซเลอรี่และธัญพืชบางชนิด  ดังนั้นสารที่เกิดขึ้นโดย  Vernalization   อาจจะไม่เสถียรในอุณหภูมิสูง และในสภาพที่ขาดออกซิเจน                       

                        ในกรณีของเบญจมาศ พบว่า เมื่อผ่านการได้รับอุณหภูมิต่ำไปแล้วได้รับอุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียสทันทีจะลบล้าง Vernalization ที่ได้รับมาทั้งหมด          โดยเฉพาะเมื่อยังไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำในระดับที่เหมาะสม แต่ถ้าได้รับอุณหภูมิต่ำในระดับที่เหมาะสมแล้วมักจะไม่เกิดปัญหาดังกล่าว ในกรณีข้าว Rye ก็ตอบสนองในทำนองเดียวกัน คือ ถ้าได้รับอุณหภูมิต่ำเป็นช่วงเวลาสั้นๆ แล้วได้รับอุณหภูมิสูง  ผลของ  Vernalization  จะหายไปเช่นกัน  แต่ถ้าข้าว  Rye  ได้รับอุณหภูมิต่ำนาน 8 สัปดาห์ ผลของ  Vernalization  จะคงทน  นอกจากนั้นการได้รับวันสั้นอาจจะลบล้างผลของ Vernalization ได้ในบางกรณี

                        

                        พืชหลายชนิดต้องการอุณหภูมิต่ำ เช่น Perennial grasses บางชนิดออกดอกโดยการกระตุ้นของอุณหภูมิต่ำ โดยบางชนิดต้องการวันสั้นหลังจากนั้น ซึ่งเบญจมาศเป็นพืชที่มีการศึกษากันมาก เบญจมาศเป็นพืชวันสั้นที่เป็น Perennial ซึ่งจะออกดอกได้เมื่อได้รับอุณหภูมิต่ำก่อนแล้วจึงจะตอบสนองต่อวันสั้น แต่การปลูกเบญจมาศมักไม่มีปัญหาในเรื่องการออกดอก ทั้งนี้เพราะเบญจมาศนั้นได้รับการขยายพันธุ์โดยการปักชำ และกิ่งชำมักจะได้รับผลของ Vernalization มาแล้ว ไม้ยืนต้นหลายชนิดต้องการอุณหภูมิต่ำเพื่อการออกดอก และผักหลายชนิดจะออกดอกเร็วขึ้นเมื่อได้รับ Vernalization เป็นระยะเวลาสั้น ๆ

 

                        เนื้อเยื่อที่ตอบสนองอุณหภูมิต่ำ

                        เนื้อเยื่อเจริญของตาเป็นบริเวณที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำและเป็นเนื้อเยื่อที่ถูก Vernalized เมื่อตาได้รับอุณหภูมิต่ำต้นพืชจะสามารถออกดอกได้ ต้นอ่อนหรือแม้แต่เนื้อเยื่อเจริญที่แยกมาจากเมล็ดข้าวไรย์ก็สามารถถูก Vernalized ได้ ถ้านำเอาส่วนต่างๆ ที่มีเนื้อเยื่อเจริญ ของพืชที่ได้รับอุณหภูมิต่ำแล้วไปต่อกับต้นที่ยังไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำ ในที่สุดจะออกดอกได้ แต่ถ้านำเอาเนื้อเยื่อเจริญจากต้นที่ไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำไปต่อกันต้นที่ผ่านการได้รับอุณหภูมิต่ำแล้ว แต่เอาเนื้อเยื่อเจริญออกไปจากต้น ส่วนที่นำมาต่อจะยังคงมีสภาพไม่ออกดอก    กระบวนการ Vernalization ต้องการเซลล์ที่กำลังแบ่งหรืออย่างน้อยต้องการการลอกแบบ DNA โดยทั่วไป DNA จะถูกลอกแบบก่อนที่จะเกิดการแบ่งเซลล์

                        กระบวนการ Vernalization เกิดขึ้นสูงสุดในช่วงอุณหภูมิที่ค่อนข้างกว้างขึ้นอยู่กับชนิดของพืช และกระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นได้แม้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำ  ตามปกติ ข้อจำกัดของอุณหภูมิต่ำคือ การเกิดผลึกน้ำแข็งขึ้นภายในเนื้อเยื่อ จึงมีช่วงในการเกิด Vernalization ค่อนข้างกว้างประมาณ 0-10 องศาเซลเซียส และในบางกรณีอุณหภูมิ Vernalization อาจจะสูงถึง 18 หรือ 22 องศาเซลเซียสในพืชบางชนิด ระยะเวลาที่ได้รับอุณหภูมิต่ำจะผันแปรจากประมาณ 4 วัน ถึง 3 สัปดาห์ ในกรณีของข้าวสาลีฤดูหนาว (Winter wheat) จนถึง 3 เดือนในกรณีของ Henbane

                        การได้รับอุณหภูมิสูงทันทีหลังจากกระบวนการ Vernalization มักจะทำให้พืช   ออกดอกไม่ได้ กระบวนการนี้เรียกว่า Devernalization ซึ่งอุณหภูมิสูงจะอยู่ที่ประมาณ 30 องศาเซลเซียส หรือสูงกว่านั้น   ในกรณีของข้าวไรย์ฤดูหนาวและต้องได้รับนาน 2-3 วัน ภายในระยะเวลา 4 หรือ 5 วัน หลังจากได้รับอุณหภูมิต่ำ ความจริง Devernalization อาจจะพบในกรณีที่พืชได้รับอุณหภูมิเท่าไรก็ได้ที่สูงกว่าอุณหภูมิ Vernalization ในข้าวไรย์ฤดูหนาว อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส เป็น Neutral temperature อุณหภูมิที่ต่ำกว่านั้นจะเร่งการออกดอก ถ้าอุณหภูมิสูงกว่า 15 องศาเซลเซียส จะทำให้ออกดอกช้าลง สภาพขาดออกซิเจนที่เกิดขึ้นทันทีหลังกระบวนการ Vernalization สามารถทำให้เกิด Devernalization ได้เช่นกัน       แม้ที่อุณหภูมิ Neutral ก็ตาม หลังจาก Devernalization พืชส่วนใหญ่สามารถทำให้เกิด Vernalization ได้ใหม่โดยอุณหภูมิต่ำอีกครั้งหนึ่ง

 

                        เวอนาลินและจิบเบอเรลลิน

                        ถ้าหากเนื้อเยื่อเจริญ (Apical meristem) เป็นส่วนที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำ การเคลื่อนย้าย Flowering stimulus หรือฮอร์โมนไม่น่าจะเกิดขึ้น ผลของการเกิด Vernalization ไม่สามารถเคลื่อนย้ายจากเนื้อเยื่อเจริญหนึ่งไปยังอีกเนื้อเยื่อเจริญหนึ่งได้ ไม่ว่าจะเป็นภายในต้นเดียวกันหรือเมื่อนำตาที่ผ่านอุณหภูมิต่ำแล้วไปติดกับต้นที่ยังไม่ผ่านอุณหภูมิต่ำก็ตาม มีข้อยกเว้นอยู่บ้างเมื่อมีการต่อกิ่ง Henbane ซึ่งผ่านอุณหภูมิต่ำมาแล้วเข้ากับต้นซึ่งยังไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำ ปรากฏว่าต้นที่ยังไม่ผ่านอุณหภูมิต่ำออกดอกได้ อาจจะเป็นเพราะว่า Flowering stimulus สามารถเคลื่อนผ่านรอยต่อได้ พืชที่ต้องการอุณหภูมิต่ำจึงสามารถออกดอกได้โดยการต่อกิ่งหรือติดตากับพืชที่ไม่ต้องการอุณหภูมิต่ำในการออกดอก ปรากฏการณ์ดังกล่าวการผ่านสารบางอย่างที่เกิดขึ้นกับ Henbane นั้น จำกัดอยู่เพียงพืชบางชนิด และโดยส่วนใหญ่การผ่านของสารทางรอยต่อจะไม่เกิดขึ้น

                        สารที่เกิดจากการที่พืชได้รับอุณหภูมิต่ำได้รับการตั้งชื่อว่าเวอนาลิน (Vernalin) มีผู้พยายามแยกและจำแนกเวอนาลินว่าเป็นสารเคมีชนิดใด แต่ไม่สำเร็จ มีการศึกษาและพบว่าจิบเบอเรลลินมีคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกับคุณสมบัติที่คาดว่าเวอนาลินควรจะมี เช่น เมื่อให้จิบเบอเรลลินกับพืชสองฤดูจะสามารถกระตุ้นให้พืชกลุ่มนี้ออกดอกได้โดยไม่ต้องได้รับอุณหภูมิต่ำ      การให้          จิบเบอเรลลินกับเมล็ดของ Winter annual ทำให้พืชชนิดนี้ออกดอกได้ และในพืชที่ต้องการอุณหภูมิต่ำเพื่อกระตุ้นการออกดอกนั้น           ในระหว่างที่ได้รับอุณหภูมิต่ำจะสะสมจิบเบอเรลลินเพิ่มขึ้น จิบเบอเรลลินเกี่ยวข้องกับกระบวนการ Vernalization อย่างแน่นอน

                        นักวิทยาศาสตร์ ยังไม่ยืนยันแน่นอนนักว่าจิบเบอเรลลินและเวอนาลินเป็นสารชนิดเดียวกัน เมื่อให้จิบเบอเรลลินกับพืชที่มีลักษณะเป็น Rosette ในรูป GA3 การตอบสนองครั้งแรกคือ การที่เกิดการยืดยาวออกของส่วนที่เป็นการเจริญทางกิ่งก้านสาขา (Vegetative) แล้วจึงตามมาด้วยการพัฒนาของตาดอกที่ลำต้นที่ยืดขึ้นไป แต่เมื่อพืชถูกกระตุ้นให้ออกดอกโดยได้รับอุณหภูมิต่ำ     ตาดอกจะเกิดขึ้นทันทีที่ลำต้นยืดยาวขึ้นมา ถ้าการออกดอกที่เกิดจากการตอบสนองต่อจิบเบอเรลลินไม่เหมือนกับการกระตุ้นตามธรรมชาติ จึงเกิดคำถามหลายคำถามขึ้น เช่น จิบเบอเรลลินสามารถกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงในต้นพืชแล้วจึงนำไปสู่การออกดอกหรืออาจจะกระตุ้นให้สร้างเวอนาลินได้หรือไม่

                        Chailakhyan ตั้งสมมุติฐานว่า อาจจะมีสาร 2 ชนิด เกี่ยวข้องกับการสร้างตาดอก คือ จิบเบอเรลลินหรือสารที่คล้ายจิบเบอเรลลินและสารอีกชนิดหนึ่งเรียกว่าแอนทีซิน (Anthesin) พืชที่ต้องการอุณหภูมิต่ำหรือวันยาวหรือต้องการทั้งสองปัจจัย    อาจจะขาดจิบเบอเรลลินจนกว่าพืชชนิดนี้จะได้รับสภาพแวดล้อมที่กระตุ้นให้สร้างจิบเบอเรลลิน               ในขณะที่พืชวันสั้นอาจจะมีจิบเบอเรลลินพอเพียง แต่ขาดแอนทีซิน             Chailakyan ยอมรับข้อสันนิษฐานที่ว่าพืชที่ต้องการอุณหภูมิต่ำสามารถสร้างเวอนาลินเมื่อได้รับอุณหภูมิต่ำ            แต่เวอนาลินจะต้องเปลี่ยนไปเป็นจิบเบอเรลลินในระหว่างการได้รับวันยาว  อย่างน้อยที่สุดพืชชนิดนี้ต้องการวันยาวตามหลังการได้รับอุณหภูมิต่ำ งานทดลองที่สนับสนุนการมีสาร 2 ชนิดกระตุ้นการออกดอก คือ การใช้พืชวันสั้น   ซึ่งยังไม่ได้รับวันสั้น คือ ยาสูบพันธุ์ Maryland Mammoth ไปต่อกับพืชที่ต้องการอุณหภูมิต่ำ คือ เฮนเบน ซึ่งยังไม่ได้รับอุณหภูมิต่ำ ผลปรากฏว่าเฮนเบนออกดอกได้ ทั้งนี้เพราะพืช แต่ละต้นมีสารที่จำเป็นต่อการออกดอก ต้นละชนิด และต้องได้สารอีกชนิดจากแต่ละต้นซึ่งมาต่อกิ่งกัน ซึ่งเฮนเบนออกดอกได้ แต่ยาสูบไม่ออกดอก

                                การพัฒนาของดอกหลังจากได้รับอุณหภูมิต่ำแล้วผันแปรจากหลายวันจนถึง   หลายสัปดาห์ และระยะที่พืชได้รับการกระตุ้นนี้มีความคงทนถาวรเพียงไร เฮนเบนพันธุ์หนึ่งต้องการอุณหภูมิต่ำ ตามด้วยวันยาวเพื่อการออกดอก หลังจากได้รับอุณหภูมิต่ำแล้วการออกดอกอาจจะเลื่อนออกไปโดยการให้วันสั้นกับเฮนเบน  สภาพที่ถูกกระตุ้นจากอุณหภูมิต่ำยังคงอยู่หลังจากนั้น 190 วัน แม้ว่าใบที่ได้รับอุณหภูมิต่ำจะตายไปแล้ว ในพืชชนิดอื่นๆ ระยะที่ถูกกระตุ้นค่อนข้างอยู่ตัวเช่นกัน เมล็ดธัญพืชที่ชื้นนำไปให้อุณหภูมิต่ำแล้วทำให้เมล็ดแห้งอีกครั้ง     ถึงแม้จะเก็บรักษาไว้หลายเดือนถึงหลายปี      สภาพ Vernalized ยังคงอยู่ต่อไปได้ ตามที่ทราบแล้วว่าเบญจมาศซึ่งขยายพันธุ์โดยการปักชำสามารถคงสภาพ Vernalized ไว้ได้นาน แต่ก็ยังมีพืชชนิดอื่นที่คงสภาพ Vernalized ไว้ได้นานกว่านั้น