ứng dụng của giberelin đối với cây trồng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA: CNSH & KTMT TIỂU LUẬN : SINH LÝ THỰC VẬT Đề tài: ỨNG DỤNG CỦA GIBERELIN ĐỐI VỚI CÂY TRỒNG GVHD : Lê Thị Thúy MỤC LỤC Lời nói đầu .trang2 I.Nguồn gốc, lịch sử đời phát triển .trang II Khái niệm, cấu tạo, tính chất, phân loại sinh tổng hợp Gibberelin trang III.Sự sinh tổng hợp gibberelin .trang IV.Vai trò gibberelin trang V Cơ chế tác dụng giberelin .trang VI Ứng dụng gibberellin với trồng trang VII Độc tính gibberellins trang 13 VIII Kết luận trang 13 IX Tài liệu tham khảo trang 14 LỜI NĨI ĐẦU Trong lĩnh vực nơng nghiệp, vấn đề tạo loại trồng có khả sinh trưởng phát triển tốt góp phần cung cấp sản phẩm đạt hiệu suất cao không tìm ẩn trồng mà bên cạnh cần phải bổ sung thêm chất kích thích nhân tạo chất điều hòa sinh trưởng gibberelin Gibberelin hoocmon thực vật với cấu tạo tính chất phù hợp với cấu tạo thể trồng nên đóng vai trò kích thích qua nhiều hình thức giai đoạn sinh trưởng phát triển cây: kích thích kéo dài thân cây, nảy mầm hạt, hoa, mà ứng dụng rộng rãi giai đoạn phát triển ứng dụng lĩnh vực công nghiệp đặc biệt kỹ thuật lên men sản xuất bia cách kích thích hoạt tính enzim có vai trò thủy phân tinh bột hoa, I.Nguồn gốc, lịch sử đời phát triển 1.Nguồn gốc Gibberelin thuộc nhóm phytohormone phát sau auxin Nó kết nghiên cứu bệnh lúa cụ thể “bệnh lúa von”, loài nấm Fusarium moniliforme ký sinh lúa Gibberella gây Bệnh von lúa Bệnh lúa von gọi bệnh mạ đực, bệnh thối gốc , hay bệnh vươn lóng Bệnh xuất gây hại từ lúa giai đoạn non đến trưởng thành Ngày gibberellin nhiều nguồn khác loại nấm, thực vật bậc thấp thực vật bậc cao 2.Lịch sử đời phát triển Vào năm 1926, Kurosawa thành cơng thí nghiệm gây “bệnh von”nhân tạo lúa ngô Yabuta tách hai chất dạng tinh thể từ nấm lúa non gọi gibberelin A B chưa xác định chất hóa học chúng Năm 1955 hai nhóm nghiên cứu Anh Mỹ phát acid gibberellic lúa bị bệnh lúa von xác định cơng thức hóa học C 19H22O6 Đến năm 1956, West, Phiney, Radley tách gibberellin từ thực vật bậc cao rút kết luận phytohormone tồn phận Hiện có 50 loại gibberellin ký hiệu A1, A2, A3, A52 Trong gibberellin A3 (GA3) acid gibberellic có tác dụng sinh lý mạnh II Khái niệm, cấu tạo, tính chất, phân loại sinh tổng hợp Gibberelin 1.Khái niệm Gibberellin hc mơn sinh trưởng, có tác dụng điều chỉnh sinh trưởng phát triển thực vật như: kích thích dài thân, nảy mầm củ hạt chúng trạng thái ngủ, hoa, biểu gen, kích thích enzym tình trạng già yếu 2.Cấu tạo phân loại Về mặt cấu tạo, gibberelin terpenoid, cấu tạo từ đơn vị isopren (C 5): CH2=C(CH3)-CH=CH2 Về mặt phân loại,có khoảng 126 chất gibberellin có nguồn gốc từ thực vật, nấm vi khuẩn Trong axít gibberellin gọi gibberellin A3( GA3) chất có tác dụng sinh học lớn GA3 có cơng thức phân tử: C19H22O6 Công thức cấu tạo GA3: Các gibberellin A2, A10 đến A15, A24 A25 tách từ nấm Fusarium moniliforme Các gibberellin A5, A6, A8, A16 đến A23, A26 đến A32 có thực vật bậc cao, gibberellin A1, A3, A4, A7 A9 có nấm Fusarium moniliforme thực vật bậc cao 3.Tính chất Gibberellin phân tử khơng chứa nitơ, hòa tan nước tan tốt dung môi hữu bình thường Gibberellin có tính vận chuyển khơng phân cực, di chuyển theo kiểu hướng hướng gốc tùy nơi sử dụng Gibberellin di chuyển hệ thống mạch dẫn với vận tốc từ 5- 25 mm 12 giờ.Trong thể gibberelin tồn dạng tự dạng liên kết auxin, chúng liên kết với glucose protein III.Sự sinh tổng hợp gibberelin Gibberellin tổng hợp từ mevalovic acid có phôi sinh trưởng, quan sinh trưởng khác non, rễ non, non tế bào bào quan lục lạp Sự sinh tổng hợp Gibberelin gồm có giai đoạn chính: - Giai đoạn 1: Chuyển hóa mevalonic acid thành ent-kaurene - Giai đoạn 2: Chuyển hóa ent-kaurene thành gibberellin prototype, GA12-aldehyde - Giai đoạn 3: Chuyển hóa GA12-aldehyde thành C20, từ hình thành C19-GA với đường khác cuối tạo gibberelin dạng khác Sơ đồ sinh tổng hợp Gibberelin: Quá trình sinh tổng hợp gibberelin diễn sau: Mevalonic acid chất khởi đầu cho sinh tổng hợp gibberelin có nguồn gốc từ Acetyl CoA đường hô hấp Đầu tiên mevalonic acid biến đổi thành mevalonic acid pyrophosphate, sau hình thành isopentenyl pyrophosphate, từ chất tách theo hai hướng: hướng tổng hợp cytokinin, abscisic acid hướng tạo thành ent-kaurene dẫn đến thành lập phân tử gibberellin Trong q trình sinh tổng hợp có mặt chất làm chậm sinh trưởng bước chuyển hóa từ geranylgeranyl pyrophosphate thành copyl pyrophosphat Các chất làm chậm sinh trưởng gốc pyrimidine, triazole, tetcyclacis inabenfide ức chế biến đổi từ ent-kaurene thành ent-kaurenol, từ ent-kaurenol thành ent-kaurenal, từ ent-kaurenal thành entkaurenoic acid IV.Vai trò gibberelin : Gibberelin đóng vai trò đặc biệt giai đoạn sinh trưởng phát triển chu trình sống 1.Kích thích sinh trưởng theo chiều dọc - Kích thích kéo dài tế bào Gibberelin kiểm soát hướng đặt vi sợi celluloz (do hướng đặt vi ống ngoại vi tế bào định), từ cảm ứng đặt vi ống theo hướng ngang nhiều kiểu tế bào.Gibberelin hạ thấp nồng độ Ca 2+ vách giúp kéo dãn vách Gibberelin cản hoạt động peroxidaz vách tế bào, làm chậm hố cứng vách, tượng tạo lignin tác dụng peroxidaz - Sự kéo dài thân Gibberelin gây kích thích lên pha giãn tế bào theo chiều dọc kết dẫn đến sinh trưởng mãnh mẽ làm kéo dài thân vươn dài lóng từ làm tăng sinh khối Dưới tác động gibberellin làm cho thân tăng chiều cao mạnh, ngồi thúc đẩy phân chia tế bào -Sự kéo dài lóng tăng trưởng lá: Đối với kéo dài lóng, gibberelin vừa đóng vai trò kéo dài phân chia tế bào thân Gibberelin kích thích mạnh phân chia tế bào nhu mô vỏ biểu bì Ví dụ: xử lý gibberelin làm tăng suất mía đường kết kích thích kéo dài lóng Giberelin liều lượng cao kích thích mạnh tăng trưởng diện tích gấp đơi bình thường 2.Kích thích nảy mầm hạt,củ nảy mầm hạt - Gibberellin kích thích thức dậy mầm, chồi hạt củ chúng ngủ nghỉ hàm lượng tăng mạnh lúc hạt nảy mầm, nảy chồi Gibberellin kích thích tổng hợp enzyme amilaza enzyme thuỷ phân khác protease, photphatase làm tăng hoạt tính enzyme thúc đẩy trình phân hủy tinh bột thành đường, tạo nguồn nguyên liệu lượng cho trình nảy mầm - Gibberelin ảnh hưởng đến pha sinh trưởng kéo dài phôi làm cho phôi dài ra, chui vỏ hạt mở đầu cho thời kì nảy mầm hạt 3.Kích thích hoa Gibberellin kích thích hoa Dưới tác động gibberellin cụm hoa sinh trưởng kéo dài cách nhanh chóng, mà kích thích ngày dài hoa điều kiện ngày ngắn Gibberellin có khả ảnh hưởng đến phân hóa giới tính hoa, có xu hướng ức chế phát triển hoa kích thích phát triển hoa đực 4.Kích thích sinh trưởng tạo khơng hạt Gibberellin có vai trò đặc biệt, làm tăng kích thước có ứng dụng đặc biệt việc tạo không hạt tương tự auxin Hiệu rõ rệt phối hợp tác dụng với auxin V Cơ chế tác dụng gibberellin Sở dĩ gibberelin có vai trò đặc biệt thân có chế tác động thể trồng chế thể hiện: 1.Kích thích hình thành giải phóng enzym thủy phân amylase, protease: Cơ chế tác động gibberellin nghiên cứu kỹ hoạt động enzyme thủy phân hạt nảy mầm Gibberelin có vai trò cảm ứng hình thành enzim thủy phân này, hạt ngủ nghỉ phytohormon thấp, ngâm hạt nước, gibberelin phôi di chuyển sang phơi nhũ hoạt hóa q q trình tạo enzim thủy phân chuyển hóa chất trữ thành chất đơn giản cần cho q trình hơ hấp cung cấp lượng ngun liệu cho q trình sinh trưởng phơi hạt 2.Hoạt hóa bơm proton Cơ chế kích thích giãn tế bào gibberellin liên quan đến hoạt hóa bơm proton tương tự auxin Tuy nhiên tế bào nhạy cảm với auxin gibberellin khác có đặc trưng khác dẫn đến nhân tố tiếp nhận hormone khác kiểu tế bào khác 10 3.Hoạt hóa gen Gibberellin gây nên giải ức chế gen chịu trách nhiệm tổng hợp enzyme mà hạt ngủ nghỉ chúng hoàn tồn bị trấn áp protein histon Gibberellin đóng vai trò chất cảm ứng mở gen để hệ thống tổng hợp protêin enzyme thủy phân hoạt động VI Ứng dụng gibberellin với trồng Ứng dụng chất điều hòa sinh trưởng thực vật không giới hạn việc điều chỉnh hoa trái thường nghĩ, mà tác động hầu hết lĩnh vực sản xuất nông nghiệp nhằm phục vụ yêu cầu người Sau ứng dụng chất điều hòa sinh trưởng thực vật GA nơng nghiệp 1.Kích thích nhanh sinh trưởng tăng chiều cao, tăng sinh khối Đây lĩnh vực ứng dụng phổ biến quan trọng chất điều hòa sinh trưởng.Đối với trồng cần chiều cao lấy sợi, mía…thì sử dụng GA đạt hiệu cao Nếu phun dung dịch GA nồng độ 20 – 50 ppm làm chiều cao đay tăng gấp lần phun GA cho mía làm tăng chiều dài lóng tăng sản lượng rõ rệt Đặc biệt bị đột biến lùn, xử lý GA làm trở nên cao bình thường 11 Với rau, việc tăng sinh khối có ý nghĩa quan trọng làm tăng sản lượng nơng sản thu hoạch Vì mà người dân tìm đến chất kích thích sinh trưởng Auxin GA Phun dung dịch Auxin GA cho loại rau ăn làm tăng xuất nhiều so với lúc bình thường Một thí nghiệm TP Hồ Chí Minh, phun GA nồng độ 20 ppm hai lần vào ngày thứ 14 sau trồng, xuất rau xà lách đạt 35 tấn/ha, tăng không phun tới 10 với rau cải cho kết tương tự Rau xà lách Tăng kích thước suất Đây hướng ứng dụng quan trọng ăn Đối với nho táo, việc xử lý GA biện pháp phổ biến nhiều nước để làm tăng suất phẩm chất chúng Ở Mỹ Nhật từ năm 1952 bắt đầu dùng GA nghề trồng nho, họ sử dụng chất ADHS (Alar) cho nho, táo có hiệu tăng suất rõ rệt 3.Kích thích rễ phụ cành giâm, cành chiết 12 Hướng ứng dụng vào việc nhân giống vơ tính trồng Nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu sở sinh lý tái sinh rễ phụ ứng dụng vào việc nhân giống vơ tính nhiều loại ăn quả, cơng nghiệp, cảnh, làm thuốc Đối với cành giâm có phương pháp xử lý phương pháp nhúng nhanh gốc cành giâm dung dịch kích thích rễ có nồng độ cao (khoảng 1.000 – 10.000 ppm) – giây cắm vào giá thể, phương pháp ngâm lâu gốc cành dung dịch loãng (từ vài chục đến vài trăm ppm) 12 – 24 phương pháp phun lên thay cho xử lý cành giâm Phương pháp xử lý nhanh nồng độ đặc thường cho hiệu cao với hầu hết đối tượng cành giâm Auxin thường sử dụng kích thích rễ cho cành chiết cách xử lý nồng độ cao (xử ký nhanh) xử lý nồng độ thấp (xử lý chậm) giống với cành giâm Có thể pha dung dịch với nồng độ cao bôi lên chổ khoanh vỏ Cũng pha nồng độ lỗng trộn vào bầu chiết Điều khiển ngủ nghỉ quan thực vật 13 Người ta sử dụng chất điều hòa sinh trưởng thực vật để phá bỏ kéo dài thời gian ngủ nghỉ hạt, củ hành tùy theo mục đích Để phá bỏ trạng thái ngủ nghỉ thường sử dụng chất GA Khi xâm nhập vào quan ngủ nghỉ, GA làm cân hormon lệch phía thuận lợi cho nảy mầm Việc phá ngủ nghỉ cho củ khoai tây thu hoạch GA ứng dụng từ lâu nhiều nước nước ta Ứng dụng thể nghiên cứu trường Đại Học Nông Nghiệp I Hà Nội thành công biện pháp phá ngủ nghỉ cho củ khoai tây thu hoạch vụ Đông để có mầm kịp trồng cho vụ Xuân phun dung dịch GA Kết tỷ lệ nảy mầm hạt 90% – ngày Nếu xử lý GA kết hợp với nhiệt độ thấp (7 – 10 o C) phá ngủ nghỉ cho đối tượng ngủ nghỉ Bên cạnh đánh thức trạng thái ngủ hạt,củ Trong lĩnh vực bảo quản, việc kéo dài thời gian ngủ nghỉ sản phẩm yếu tố quan trọng Để kìm hãm nảy mầm củ khoai tây người ta thường xử lý chất IPCC (Isopropyl chlorocar – baminate), MH MENA (methyl ester NAA) Để bảo quản hành, tỏi chống tóp chóng nảy mầm, ta xử lý MH nồng độ 500 – 2500 ppm 5.Điều chỉnh hoa Người ta xử lý GA kích thích cho xà lách, bắp cải, xu hào…ra hoa để lấy hạt điều kiện nhiệt độ cao, không cần qua nhiệt độ thấp mùa đông, hạt đạt tỷ lệ mầm cao Chất điều hòa sinh trưởng sử dụng để tăng số lượng hoa, rút ngắn thời gian hoa cảnh (cúc, huệ, loa kèn, lay ơn…) Trường Đại Học Nông Nghiệp I Hà Nội xử lý GA phối hợp nhiệt độ thấp cho loa kèn hoa sớm – tháng, làm tăng hiệu kinh tế lên nhiều Cây cà phê thường hoa kéo dài nhiều tháng làm cho thời gian chín trái kéo dài, gây khó khăn cho việc thu hoạch Tại Bảo Lộc (Lâm Đồng) phun GA vào giai đoạn hoa bắt đầu hình thành làm cho 80% hoa nở tập trung thời gian ngắn 15 – 20 ngày 14 Điều chỉnh giới tính hoa Hoa đực Hoa Nhiều nghiên cứu khẳng định xử lý GA kích thích hình thành hoa đực, phát triển bao phấn hạt phấn Nếu dùng Cytokynin Ethrel kích thích hình thành hoa Ở bầu bí, dưa số hoa đơn tính khác (hoa đực hoa riêng rẽ), xử lý Ethrel nồng độ 50 – 250 ppm tạo nên nhiều hoa (thậm chí tồn hoa cái) làm tăng sản lượng nhiều Người ta xử lý MH nồng độ 100 ppm cho dưa chuột thấy có tác dụng tăng số hoa lên rõ rệt tăng suất Trong việc sản xuất hạt lai F1 họ bầu bí, người ta phun GA để tạo nên mang toàn hoa đực Hạt bầu bí mang hoa (đã ngắt bỏ hết hoa đực) cạnh có hoa đực hạt lai 15 Hạn chế rụng lá, hoa Sự rụng lá, hoa hình thành tầng rời cuống chúng Sự hình thành tầng rời tác dụng chất ức chế sinh trưởng AAB, Ethylen… Những chất lại bị ức chế chất kích thích sinh trưởng, Auxin để làm thay đổi cân hormon quan theo hướng khơng thuận lợi cho hình thành tầng rời Để hạn chế tượng rụng non người ta phun lên nụ hoa non dung dịch GA Auxin (NAA, 2,4D) Có thể phun chất kích thích lớn để hạn chế rụng trước thu hoạch Với cam, chanh thường dùng 2,4D nồng độ – 16 ppm Với lê, táo dùng NAA 10 ppm dùng ADHS 500 – 2000 ppm 8.Tăng đậu tạo không hạt Sau thụ tinh hình thành phơi Phơi sinh trưởng trung tâm sinh sản chất kích thích sinh trưởng có chất Auxin GA Các chất khuếch tán vào bầu nhụy kích thích bầu lớn lên thành Vì vậy, khơng thụ tinh hoa rụng Trong tự nhiên, nhiều loại cây, nhiều lý mà tỷ lệ hoa khơng thụ tinh cao, có tới 90% (nhãn, vải, vú sữa, chôm chôm…), phần lớn hoa rụng, Nếu xử lý thêm Auxin GA cho hoa trước thụ tinh thay nguồn Phytobormon nội sinh từ phôi làm cho hình thành mà khơng cần thơng qua thụ tinh, có hạt lép khơng có hạt Ngồi chất kích thích sinh trưởng hạn chế hình thành tầng rời, góp phần hạn chế rụng hoa, rụng Vậy sử dụng chất kích thích sinh trưởng Auxin GA làm tăng đậu không hạt biện pháp sử dụng rộng rãi có hiệu nhiều loại trồng nho, táo, cam, chanh, cà chua, bầu bí… Với nho, sử dụng GA (5 – 20 ppm), 16 với táo dùng GA (400 ppm) phối hợp GA (250 ppm) với Auxin (10 ppm) Với cà chua, bầu bí, sử dụng Auxin NAA (20 – 30 ppm), 2,4D ( – 10 ppm), 4CPA (4 – chlorophenxy acetic acid) nồng độ 15 ppm Kích thích hoạt tính enzyme kỹ nghệ sản xuất men bia Chất GA có khả kích thích nảy mầm hạt lúa mì, mạch, lúa, ngơ, làm tăng hàm lượng hoạt tính enzyen thủy phân tinh bột  mà làm giảm chi phí sản xuất men, tăng chất lượng men, rút ngắn thời gian làm men Cứ đại mạch cần đến 500 mg đến g GA Chi phí làm men rút ngắn từ ngày xuống ngày Đặc biệt hạt có độ nảy mầm vào lúc thời tiết khơng thuận lợi hiệu rõ Hiện kỹ thuật sử dụng GA nghề làm bia thực hầu hết hãng bia lớn giới Khoảng 50% tổng số GA sản xuất giới sử dụng công nghiệp rượu bia Hiện GA3 sử dụng phổ biến, gần người ta phát sử dụng GA4, GA7 cho trồng GA4 GA7 mang đầy đủ đăc tính cơng dụng GA3 sử dụng thực tế có phần thuận tiện an tồn Xử lý GA3 vươn cao mạnh chiều ngang không tăng nên mảnh khảnh, yếu ớt, dễ đổ gẫy Xử lý GA4 GA7 vươn cao vừa phải với dáng cân đối, vững VII ĐỘC TÍNH CỦA GIBBERELLIN Tương tự với chất điều hòa sinh trưởng thực vật khác, gibberelin có tác dụng hiệu với liều thấp, nhiên tác dụng phụ thuộc nhiều vào đặc điểm trồng thời điểm sử dụng Ngoài sử dụng với liều lượng cao không kỹ thuật gây ảnh hưởng xấu đến trồng thể sinh vật mà gibberelin có tính độc Đối với GA3, chất ổn định, dễ bắt cháy khơng tương thích với acid chất ơxi hóa mạnh Nó có tác động chất gây kích thích dị ứng mắt (R36) Liều gây tử vong 50% mẫu chuột cống thử nghiệm đường miệng LD50 = 6.300 mg/kg Về mức dư lượng cho phép Gibberellin rau 0,001 ppm Các gibberelin thuộc nhóm độc IV ,tuy độc với người sử dụng ý đảm bảo thời gian cách ly 17 VIII Kết luận Như gibberelin đóng vai trò chất điều hòa sinh trưởng khơng thể thiếu suốt trình sinh trưởng phát triển trồng Chính mà gibberelin có ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nơng nghiêp, cơng nghiệp…góp phần tạo sản phẩm có suất hiệu đáng kể đáp ứng nhu cầu thiết yếu cho người dân IX Tài liệu tham khảo Vũ Văn Vụ - Sinh lý học thực vật – NXB GD Việt Nam – tháng năm 2012 http://tiennong.vn/vn/dd/gibberellin_15.aspx http://nongnghiep.vn/ http://www.sinhk33.com/ http://tiennong.vn/vn/tt/ung-dung-cac-chat-dieu-hoa-sinh-truong-trong-trongtrot_1378.aspx 18 ... CỦA GIBBERELLIN Tương tự với chất điều hòa sinh trưởng thực vật khác, gibberelin có tác dụng hiệu với liều thấp, nhiên tác dụng phụ thuộc nhiều vào đặc điểm trồng thời điểm sử dụng Ngoài sử dụng. .. protein histon Gibberellin đóng vai trò chất cảm ứng mở gen để hệ thống tổng hợp protêin enzyme thủy phân hoạt động VI Ứng dụng gibberellin với trồng Ứng dụng chất điều hòa sinh trưởng thực vật không... có ứng dụng đặc biệt việc tạo không hạt tương tự auxin Hiệu rõ rệt phối hợp tác dụng với auxin V Cơ chế tác dụng gibberellin Sở dĩ gibberelin có vai trò đặc biệt thân có chế tác động thể trồng