Hoocmon kích thích sinh trưởng Gibberellin ở thực vật và những ứng dụng trong sản xuất

lý do chọn đề tμi - Thực vật không những cần cho quá trình sinh trưởng, phát triển của mình các chất hữu cơ prôtêin, gluxit, lipit, axit nucleic… để cấu trúc nên tế bào, mô và cung cấp

mục lục

trang

I lý do chọn đề tμi 2

2 Đặc điểm chung của hoocmon 4

4 hướng ứng dụng vμ ứng dụng thực tiễn

a phần mở đầu

I lý do chọn đề tμi

- Thực vật không những cần cho quá trình sinh trưởng, phát triển của mình các chất hữu cơ (prôtêin, gluxit, lipit, axit nucleic…) để cấu trúc nên tế bào, mô và cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của chúng, chúng còn rất cần các chất có hoạt tính sinh lý như vitamin, enzyme và các hoocmon mà trong đó các hoocmon có một vai trò rất quan trọng trong việc điều chỉnh các quá trình sinh trưởng, phát triển và các hoạt động sinh lí của thực vật

Các chất điều chỉnh sinh trưởng, phát triển của thực vật là những chất có bản chất hoá học rất khác nhau nhưng đều có tác dụng điều tiết các quá trình sinh trưởng phát triển của cây từ lúc tế bào trứng thụ tinh phát triển thành phôi cho đến khi cây ra hoa kết quả, hình thành cơ quan sinh sản, dự trữ và kết thúc chu kỳ sống của mình

Các chất điều chỉnh sinh trưởng của thực vật bao gồm các phytohoocmon và các chất

điều chỉnh sinh trưởng tổng hợp nhân tạo

Phytohoocmon là những chất hữu cơ có bản chất hoá học rất khác nhau được tổng hợp với một lượng rất nhỏ ở các cơ quan, các bộ phận khác để điều tiết các hoạt động sinh lý, các quá trình sinh trưởng, phát triển của cây và để đảm bảo mối quan hệ hài hoà giữa các cơ quan, bộ phận trong cơ thể

Song song với các phytohoocmon được tổng hợp trong cơ thể thực vật, ngày nay bằng con đường hoá học con người đã tổng hợp nên hàng loạt các chất khác nhau có hoạt tính sinh lý tương tự với các chất điều chỉnh sinh trưởng tự nhiên (phytohoocmon) để làm phương tiện hoá học điều chỉnh sự sinh trưởng, phát triển của cây nhằm cho năng suất cao

và phẩm chất thu hoạch tốt Các chất điều chỉnh sinh trưởng tổng hợp nhân tạo ngày càng phong phú và đã có những ứng dụng rất rộng rãi trong nông nghiệp

Về đại cương thì các chất điều chỉnh sinh trưởng, phát triển của thực vật được chia thành hai nhóm có tác dụng đối kháng về sinh lí: các chất kích thích sinh trưởng

(stimulator) và các chất ức chế sinh trưởng (inhibitor) Các chất điều chỉnh sinh trưởng mà

ở nồng độ sinh lí có ảnh hưởng kích thích đến quá trình sinh trưởng của cây được gọi là các chất kích thích sinh trưởng Còn các chất điều chỉnh sinh trưởng nhìn chung có ảnh hưởng ức chế lên quá trình sinh trưởng của cây được gọi là các chất ức chế sinh trưởng Thuộc các chất kích thích sinh trưởng có các nhóm chất: auxin, gibberellin, xytokinin Các chất ức chế sinh trưởng gồm: axit absxixic, etilen, các chất phenol, các chất làm chậm sinh trưởng (retardant), các chất diệt cỏ (herbixit)…

Trong phạm vi của tiểu luận này, em chỉ tìm hiểu về chất kích thích sinh trưởng

gibberellin với nội dung: “Hoocmon kích thích sinh trưởng gibberellin ở thực vật và

những ứng dụng trong sản xuất”

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô tổ bộ môn Sinh lý Thực vật, trường Đại học

sư phạm Hà Nội 2 và PGS, TS Nguyễn Văn M∙ – Giảng viên trực tiếp giảng dạy chuyên

đề Sinh trưởng và phát triển ở thực vật ở lớp cao học K12, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thiện đề tài này

II mục đích vμ nhiệm vụ nghiên cứu đề tμi

1 Mục đích

- Tìm hiểu về bản chất, cơ chế tác động và ứng dụng của các loại hoocmon ở thực vật

- Tìm hiểu về gibberellin và ứng dụng của gibberellin đối với đời sống của thực vật

2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu chất kích thích sinh trưởng gibberellin, từ đó thấy được ưu nhược của chúng, từ đó áp dụng hiệu quả vào thực tiễn trong sản xuất

III đối tượng nghiên cứu

- Các loại hoocmon ở thực vật

- ứng dụng của hoocmon kích thích sinh trưởng ở thực vật

IV Phạm vi nghiên cứu

- Hoocmon kích thích sinh trưởng gibberellin

V phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp các tài liệu

- Phương pháp tổng kết kinh nghiệm

- Phương pháp ứng dụng tiễn

b Phần nội dung

I gới thiệu chung về hoomon thực vật

1 Khái niệm chung:

- Sự sinh trưởng phát triển của cây trồng chịu sự tác động của các chất điều hoà sinh trưởng do cây trồng tổng hợp ra gọi là các phytohoocmon

- Hoocmon thực vật (phytohoocmon) là các chất hữu cơ được tổng hợp ở các cơ quan

bộ phận trong cây với hàm lượng rất nhỏ, sau đó được vận chuyển đến các bộ phận của cây để điều tiết và đảm bảo sự hài hoà các hoạt động sinh trưởng

2 Đặc điểm chung của hoocmon

- Là những chất hữu cơ phân tử lượng thấp được tạo ra ở một nơi nhưng gây ra phản

ứng trong tế bào (TB) hoặc mô ở một nơi khác trong cây

- Với nồng độ thấp nhưng gây ra biến đổi mạnh mẽ trong cây

- Trong cây, hoocmon thực vật được vận chuyển theo mạch gỗ và mạch rây

- Tính chuyên hoá thấp hơn rất nhiều so với hoocmon ở động vật bậc cao

3 Phân loại:

Gồm 2 nhóm:

- Nhóm chất kích thích sinh trưởng:

+ Auxin, Gibberellin: tác động đến sự kéo dài, lớn lên của tế bào

+ Cytokinin: có vai trò trong phân chia tế bào

- Nhóm các chất ức chế sinh trưởng:

+ Axit abxixic: tác động đến sự rụng lá

+ Etylen: tác động đến sự chín của quả

+ Chất làm chậm sinh trưởng và chất diệt cỏ

II Gibberellin vμ ứng dụng

1 Lịch sử phát hiện

a Lịch sử phát hiện

- Gibberellin (GA) là nhóm phytohoocmon thứ hai được phát hiện sau auxin Từ việc nghiên cứu bệnh lí “bệnh lúa von”, một triệu chứng bệnh rất phổ biến trong trồng lúa của các nước phương Đông thời bấy giờ, dẫn đến nghiên cứu cơ chế gây bệnh và cuối cùng tách được hàng loạt các chất là sản phẩm tự nhiên của nấm bệnh cũng như từ thực vật bậc cao gọi là gibberellin Từ lâu người ta xác định nấm gây bệnh lúa von là gibberella

fujikuroi (thực ra giai đoạn không hoàn chỉnh hay giai đoạn dinh dưỡng gây bệnh của nấm đó gọi là Fusarium heterosporum hay F moniliforme)

-Năm 1926, nhà nghiên cứu bệnh lí thực vật Kurosawa (Nhật Bản) đã thành công trong thí nghiệm gây “bệnh von” nhân tạo cho lúa và ngô

- Yabuta (1934 – 1938) đã tách được hai chất dưới dạng tinh thể từ lúa nấm von gọi là gibberellin A và B nhưng chưa xác định được bản chất hoá học của chúng Sau đó chiến tranh thế giới thứ hai bùng nổ, làm ngắt quãng việc nghiên cứu của các nhà nghiên cứu Nhật Bản này Đến 1950 câu chuyện về GA vẫn chưa được biết ở thế giới phương Tây Mãi đến năm 1955 hai nhóm nghiên cứu Anh và Mĩ đã phát hiện ra những bài báo cũ của người Nhật về GA và cũng chính năm 1955 họ đã phát hiện ra axit gibberellic ở cây lúa von và xác định công thức hoá học của nó (C19H22O6) Năm 1956 West, Phiney, Radley

đã tách được gibberellin từ các thực vật bậc cao và xác định rằng đây là phytohoocmon tồn tại trong các bộ phận của cây

- Tất cả các gibberellin đều có cùng một vòng gibban cơ bản, còn điểm khác nhau nhỏ giữa chúng chủ yếu là vị trí của nhóm – OH trong phân tử

- Gibberellin được tổng hợp ở trong phôi đang sinh trưởng, trong các cơ quan đang sinh trưởng khác như lá non, rễ non, quả non…Gibberellin được vận chuyển không phân cực, có thể hướng ngọn và hướng gốc tuỳ nơi sử dụng Gibberellin được vận chuyển trong

hệ thống dẫn (xylem và floem) với vận tốc 5 – 25 mm trong 12 giờ Trong tế bào thì bào quan tổng hợp gibberellin mạnh nhất là lục lạp

- Gibberellin được tổng hợp từ mevalonat qua hàng loạt các phản ứng dẫn đến hợp chất trung gian quan trọng là kauren, cơ sở của tất cả các gibberellin trong cây Quá trình

này được xúc tác bởi hàng loạt các enzyme đặc hiệu, cần có ATP và NADPH Các hợp chất này đều sẵn có trong lục lạp

- Gibberellin trong cây cũng có thể ở dạng tự do và dạng liên kết như auxin Chúng có thể liên kết với glucoz và protein Khác với auxin, gibberellin khá bền vững trong cây và khả năng phân huỷ chúng là ít

b Phân loại

- Vào thời điểm năm 2003, đó cú 126 chất gibberellin được biết đến từ thực vật, nấm

và vi khuẩn, trong đú axớt gibberellin hay cũn gọi là gibberellin A3 hay Giberelin X, GA3

là chất cú tỏc dụng sinh học lớn nhất

- Những gibberellin A2, A10 đến A15, A24 và A25 chỉ tỏch được từ nấm Fusarium moniliforme; cỏc gibberellin A5, A6, A8, A16 đến A23, A26 đến A32 chỉ thấy ở thực vật

bậc cao, cũn gibberellin A1, A3, A4, A7 và A9 thấy cú cả ở nấm Fusarium moniliforme

và thực vật bậc cao

ent-gebberellan

ent-kauren

2 Vai trò sinh lý của gibberellin

- Hiệu quả sinh lí rõ rệt nhất của gibberellin là kích thích mạnh mẽ sự sinh trưởng kéo dài của thân, sự vươn dài của lóng cây họ lúa Hiệu quả này có được là do ảnh hưởng kích thích đặc trưng của gibberellin lên pha dãn của tế bào theo chiều dọc Vì vậy khi xử lí gibberellin cho cây đã làm tăng nhanh sự sinh trưởng dinh dưỡng tăng sinh khối của chúng

- Gibberellin ảnh hưởng rất rõ rệt lên sự sinh trưởng của các đột biến lùn Các nghiên cứu về trao đổi chất di truyền của gibberellin đã khẳng định rằng các đột biến lùn của một

số thực vật như Ngô, đậu Hà lan (chiều cao cây cũng chỉ bằng khoảng 20% chiều cao cây

bình thường) là các đột biến gen đơn giản, dẫn đến sự thiếu những gen nào đấy chịu trách nhiệm tổng hợp các enzyme của những phản ứng nào đấy trên con đường tổng hợp

gibberellin mà cây không thể hình thành được gibberellin, dù là một lượng rất nhỏ Với những đột biến này thì việc bổ sung gibberellin ngoại sinh sẽ làm cho cây sinh trưởng bình thường Vì phản ứng của các đột biến lùn rất nhạy với gibberellin nên người ta sử dụng các đột biến này để thử xác định hàm lượng gibberellin bằng phương pháp biotest (thử sinh học)

- Gibberellin kích thích sự nẩy mầm của hạt và củ, do đó nó có tác dụng đặc trưng trong việc phá bỏ trạng thái ngủ nghỉ của chúng Trong trường hợp này gibberellin kích thích sự tổng hợp enzyme amilaza và các enzyme thuỷ phân khác như proteaza,

photphataza… và làm tăng hoạt tính của các enzyme này; chính vì vậy mà xúc tiến quá trình phân huỷ tinh bột thành đường cũng như các polime thành monome khác, tạo điều kiện về nguyên liệu và năng lượng cho quá trình nẩy mầm Trên cơ sở đó, nếu sử lý

gibberellin ngoại sinh thì có thể phá bỏ trạng thái ngủ nghỉ của hạt, củ, căn hành kể cả trạng thái ngủ sâu

- Trong nhiều trường hợp gibberellin kích thích sự ra hoa rõ rệt ảnh hưởng đặc trưng của gibberellin lên sự ra hoa là kích thích sự sinh trưởng kéo dài và nhanh chóng của cụm hoa Vì vậy trong học thuyết hoocmon ra hoa (florigen) của Trailachyan thì gibberellin

được xem như là một thành viên của tổ hợp florigen Xử lý gibberellin cho cây ngày dài thì chúng có thể ra hoa trong điều kiện ngày ngắn và làm tăng hiệu quả của xuân hoá, có thể biến cây hai năm thành cây một năm

- Trong sự phát triển và phân hoá của cơ quan sinh sản thì gibberellin ảnh hưởng đến

sự phân hoá giới tính: ức chế sự phát triển hoa cái và kích thích sự phát triển hoa đực

- Trong sự sinh trưởng của quả và tạo quả không hạt thì gibberellin có vai trò gần như auxin vì nó làm tăng kích thước của quả và tạo quả không hạt trong một số trường hợp Hiệu quả này càng rõ rệt khi phối hợp tác dụng với auxin

- Vì gibberellin ảnh hưởng rõ rệt lên các quá trình trao đổi chất, các hoạt động sinh lí,

đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây nên gibberellin là một trong những chất

điều tiết sinh trưởng được ứng dụng có hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp

3 cơ chế tác động của gibberellin

- Một trong những quá trình có liên quan đến cơ chế tác động của gibberellin được nghiên cứu khá kĩ là hoạt động của enzyme thuỷ phân trong các hạt họ lúa nảy mầm

- Trong hạt lúa mì thì phôi hạt là nơi tổng hợp gibberellin nội sinh M.Badley (1967) chỉ ra rằng gibberellin được tổng hợp vào ngày thứ hai của sự nẩy mầm ở trong phôi hạt Gibberellin được giải phóng khỏi phôi và khuếch tán qua nội nhũ đến lớp tế bào alơron để kích thích sự hình thành và giải phóng các enzyme thuỷ phân trong alơron Sau đó các enzyme này được khuếch tán vào nội nhũ để thuỷ phân các polime thành các monome phục vụ cho sự nảy mầm của chúng Các tế bào alơron là những tế bào sống không phân chia có chức năng đặc trưng là hình thành và giải phóng các enzyme tiêu hoá khối nội nhũ của hạt

- ở đây gibberellin đã cảm ứng với sự tổng hợp α - amilaza mới và các enzyme thuỷ phân khác Gibberellin gây nên sự giải ức chế gen (depression) chịu trách nhiệm tổng hợp các enzyme này mà trong hạt đang ngủ nghỉ chúng hoàn toàn bị trấn áp bằng các protein histon Gibberellin đóng vai trò như là chất cảm ứng mở gen để hệ thống tổng hợp protein enzyme thuỷ phân hoạt động

- Ngoài vai trò cảm ứng hình thành enzyme thì gibberellin còn có vai trò kích thích sự giải phóng các enzyme này vào nội nhũ

- Liệu cơ chế tác động của gibberellin trong alơron của hạt họ lúa có thể là cơ chế

chung cho tác động của gibberellin trong cây được không? Có thể cho rằng gibberellin

ảnh hưởng đến sự phân chia tế bào, sự giãn tế bào, sự phân hoá hoa… được thực hiện qua cơ chế mở gen nhất định phụ thuộc vào bản chất tế bào, giai đoạn và các quá trình mà nó tác động Chương trình phát triển cá thể đã được mã hoá trong cấu trúc của phân tử ADN nhưng các gen ở trong trạng thái ức chế, không hoạt động Gibberellin là một trong các

tác nhân cảm ứng cho sự mở gen để cho chương trình đó được thực hiện

- Cơ chế kích thích sự giãn của tế bào bởi gibberellin có lẽ cũng liên quan đến cơ chế hoạt động hoá bơm proton như auxin Tuy nhiên các tế bào nhạy cảm với auxin và

gibberellin có những đặc trưng khác nhau Điều đó liên quan đến sự có mặt của các nhân

tố tiếp nhận hoocmon khác nhau trong các kiểu tế bào khác nhau

Tỏc dụng hoạt húa gen của GA Kớch thớch sự nảy mầm của hạt

4 Hướng ứng dụng vμ ứng dụng thực tiễn của gibberellin

chất điều hoà sinh trưởng của thực vật ngày nay đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trong trồng trọt như là một phương tiện điều chỉnh hoá học quan trọng đối với sự sinh trưởng, phát triển của cây nhằm thu được năng suất cao và phẩm chất tốt Sau đây là một

số lĩnh vực được ứng dụng phổ biến và có hiệu quả đối với gibberellin

- Kích thích nhanh sự sinh trưởng của cây, tăng chiều cao, tăng sinh khối, tăng thu hoạch: Phun gibberellin cho các loại rau, cỏ đều làm tăng năng suất Với một số cây trồng cần chiều cao như cây lấy sợi, cây Mía… thì sử dụng gibberellin đều có thể đạt được mục

đích đó

Ví dụ:

+ Phun dung dịch gibberellin nồng độ 20 – 50 ppm cho cây Đay có thể làm tăng chiều cao gấp đôi, phun cho Mía có thể làm tăng chiều dài lóng lên nhiều lần…

+ Sử lí Nho với GA3 (5 – 40ppm tuỳ theo giống) là biện pháp phổ biến và quan trọng làm tăng năng suất Nho lên gấp bội và cải thiện được phẩm chất

Kích thích kéo dài chiều cao của thân

1 Gibberellin kÐo dµi lãng cña hä hoµ

th¶o

2 ThÝ nghiÖm sö lÝ GA 3 cho cµ chua

3 Vai trß kÝch thÝch sinh tr−ëng GA

1

3

2

- Điều khiển sự ngủ nghỉ của hạt, củ, căn hành: Người ta sử dụng chủ yếu là GA3, gibberellin xâm nhập vào cơ quan đang ngủ nghỉ sẽ làm lệch cân bằng hoocmon thuận lợi cho sự nẩy mầm

Ví dụ: Sử lý gibberellin làm tăng sự nẩy mầm của khoai tây

- Điều chỉnh sự ra hoa của cây Việc sử dụng các chất tiết sinh trưởng để kích thích

sự ra hoa sớm cũng là những ứng dụng phổ biến và có hiệu quả trong trồng trọt:

+ Sử dụng gibberellin kích thích sự ra hoa của cây Xà lách để lấy hạt, cảm ứng sự ra hoa của cây ngày dài hàng năm trồng trong điều kiện ngày ngắn và có thể làm cây hai năm ra hoa trong năm đầu

+ Xử lí gibberellin phối hợp với nhiệt độ thấp làm cho hoa loa kèn ra hoa sớm 1 – 2 tháng, tăng số lượng hoa làm tăng hiệu quả kinh tế lên rất nhiều lần

Gibberellins- Promote Stem Elongation Contribute to flowering

Help end dormancy of

seeds and buds

Grapes stems lengthen, which improved air circulation around grapes and gave them more room

to grow Bigger Grapes!