CHƯƠNG X: KIỂM SOÁT SỰ TĂNG TRƯỞNG BỞI CÁC HORMONE THỰC VẬT
II- CÁC NHểM CHẤT ĐIỀU HềA SINH TRƯỞNG THỰC VẬT 1. Auxin
Lịch sử
Do Went tìm ra
Auxin có tác dụng kéo dài tế bào ngọn thực vật.
Đó là acid indol acetic (AIA, IAA).
Hiện diện
Auxin hiện diện ở hầu hết thực vật bậc cao, hiện diện nhiều ở cơ quan đang tăng trưởng.
Auxin hiện diện ở hai dạng:
+ Tự do hay dạng hoạt động +Dạng buộc, dính, kết hợp Ly trích, đo auxin
Thường ly trích auxin trong dung môi hữu cơ Auxin khuyếch tán qua lớp agar.
Nhược điểm: làm hư nơi cắt và chất kháng auxin cũng có thể khuyếch tán qua.
CH2 - COOH
N H
58
- Xác định hoạt tính của auxin:
Sinh trắc nghiệm:
+ Đo độ cong diệp tiêu:
+ Đo sự tăng trưởng trực tiếp:
Phương pháp hóa học Salkowski: Do FeCl3 tạo màu hồng với nhân Indol, xác định mật độ quang bằng quang phổ kế.
Ngoài ra còn có thể dùng phương pháp sắc ký lỏng cao áp khối phổ (HPLC- MS) hay phương pháp miễn dịch học
Sinh tổng hợp
Từ trypophan acid indol-3-pyruvic indol-3-acetaldehyde AIA + Sự chuyển amin hóa thực hiện bởi transaminase
+ Khử CO2 của Indol pyruvic thành Indol acetaldehyde + Oxy hóa bởi NAD+
Điều kiện: ánh sáng yếu và có ion Zn2+ .
Di chuyển
Di chuyển từ nơi tổng hợp (sinh mô ngọn) đến nơi nhận.
Auxin di chuyển theo hai lối:(1) hoạt động (cần năng lượng) và (2) thụ động (không cần năng lượng).
Thoái hóa
Auxin rất dễ bị oxyt hóa.
Trong cơ thể có AIA-oxydase (enzym peroxydase) là enzym chủ yếu phân hủy auxin.
Tác dụng của auxin:
* Ở mức cơ thể:
Auxin tác dụng trên sự kéo dài tế bào ở các mô còn non.
* Ở mức cơ quan
-Ở thân và chồi: auxin ảnh hưởng trên vùng áp chót (vùng kéo dài).
-Ở lá: phiến lá song tử diệp bị ức chế còn thân, cuống lá được kích thích.
- Tăng trưởng tầng phát sinh.
60
- Tăng trưởng quả bì - Trên các hướng động:
- Trên sự rụng (lá, hoa , trái): Auxin làm ngăn cản sự rụng.
Một khi vùng rụng đã thành lập, auxin kích thích sự rụng xảy ra nhanh hơn.
- Kích thích tạo rễ bên và rễ bất định:
* Ở mức tế bào
-Làm tăng tính dãn của vách tế bào - Trên sự tăng dài và tăng rộng tế bào
Cách sử dụng:
Thường sử dụng auxin ở dạng dung dịch, dạng muối.
pH có ảnh hưởng trên độ hòa tan và trên hoạt tính của auxin, thường dùng dung dịch đệm có pH 4,5 - 6,5.
Auxin tác động với một lượng rất thấp tính bằng phần triệu (ppm) thường thêm chất phụ gia vào để phân phối đều.
Thường xử lý auxin bằng cách phun, ngâm, chích hay bôi.
Phải sử dụng auxin đúng liều lượng, đúng thời gian, đúng giai đọan.
Auxin được sử dụng trong nhân giống thực vật (nuôi cấy mô, giâm cành, trong sự ra hoa ở khóm, kích thích mũ cao su, sự tăng trưởng trái, chống rụng hoa và lá... Đặc biệt được sử dụng nhiều nhất để diệt cỏ dại trong nông nghiệp.
62
GIBERELINS ( Gb) Lịch sử:
- Năm 1926, Kurosawa li trích Gibberellin từ nấm.
- Năm 1930, ghi nhận chất trích từ nấm không những chỉ kích thích tăng dài lúa mà còn trên những thực vật khác.
- Năm 1936 Yabuta li trích được tinh thể gọi là Giberelin A.
- Năm 1954 Brian Cross (Anh) và Stodola (Mỹ) tìm ra công thức nó là một acid: Acid Gibberellic (GA) (slide).
- 1954, Takahashi và Tamura phân lập được 3 giberelin từ Giberelin A. Chúng được đặt tên là Giberelin A1(GA1), GA2, GA3. GA3 là acid giberelic.
- Những năm gần đây đã tìm thấy được 126 chất giống giberelin
Trong cơ thể thực vật cùng lúc hiện diện nhiều Gb, nhưng không phải Gb nào cũng có hoạt tính. Gb kích thích kéo dài tế bào.
Về cấu trúc có hai nhóm Gb: nhóm có 20 C và có 19 C.
Các Gb khác nhau chủ yếu do sự thay đổi nhóm OH ở C2, C3 hoặc C5 và vị trí gắn của chúng ở dạng hay .
Hiện diện
Gb được tìm thấy cả ở thực vật bậc thấp lẫn thực vật bậc cao, gần đây cũng ghi nhận ở vi khuẩn.
Trong cơ thể, tùy theo cơ quan và giai đoạn phát triển mà Gb phân bố với nhiều loại ở liều lượng khác nhau.
Gb cũng có thể ở hai dạng tự do và dính (liên kết).
Đến năm 1992 (Salisbury &Ross) ghi nhận đã có 84 GA được phát hiện
Li trích đo
Ly trích bằng các dung môi hữu cơ . Điều kiện ly trích ít nghiêm nhặt hơn auxin.
Sinh trắc nghiệm
Dùng các thực vật lùn do đột biến làm mất gen sinh tổng hợp Gb như bắp lùn, đậu lùn, lúa lùn..., hay trên hoạt tính amylase trong sự nẩy mầm hột mễ cốc, hay trên sự tăng dài cây mầm dưa chuột, cây mầm cải salad...để sinh trắc nghiệm hoạt tính Gb.
64
Sinh tổng hợp
Gb là những terpenoid có 20 carbon là polymer của 4 đơn vị isopren (5C).
Xuất phát từ Acetyl CoA acid mevalonic (6C) phosphoryl hóa và khử carboxyl isopentenyl pyrophosphat (5C) trùng hợp tạo geranyl pyrophosphat (10C) hay geranyl-geranyl pyrophosphat (20C).
Geranyl-geranyl pyrophosphat đóng vòng tạo ent- kauren nhóm methyl ở C19 được oxy-hóa thành carboxylic, vòng B co rút lại còn 5C GA12 aldehid
các Gb khác nhau.
Tất cả các hóa chất làm lùn hay làm chậm tăng trưởng đều có tác dụng ngăn chận sinh tổng hợp Gb.
Tất cả Gb đều có sườn ent-giberelan.
Ở thực vật con đường biến đổi giữa các Gb được đề nghi như sau GA12- aldehid (20C) oxy hoá ở C7 GA12 OH hóa ở C3 hay C13 hoặc cả hai.
Ở tế bào, sự tổng hợp sườn kauren từ acid mevalonic có thể xảy ra trong các lạp, đặc biệt là hoàng lạp (etioplaste).
Di chuyển
Gb di chuyển khắp mọi nơi trong cơ thể qua mạch mộc, libe và tế bào.
Thường di chuyển thụ động theo chất đồng hóa, hay theo dòng nhựa nguyên.
Gb có thể thoát ra ngoài qua hiện tượng ứ nước giọt.
Thoái hóa
Chưa được nghiên cứu kỹ, có thể kết hợp với chất khác để trở thành trạng thái không hoạt động.
66
Tác dụng sinh lý
* Ở mức cơ quan + Kích thích lóng kéo dài.
+ Gb kích thích tăng trưởng lá.
+ Gb cũng kích thích tăng trưởng trái
+ Gb gợi trổ hoa cho những thực vật cần thọ hàn hay những thực vật ngày dài cần tạo hoa trong điều kiện ngày ngắn.
+ Gb cũng biến đổi hoa lưỡng tính thành hoa đực, kích thích tạo hoa đực + Gb giúp nẩy mầm, phá vỡ miên trạng.
+ Gb kích thích tăng trưởng rễ
* Ở mức tế bào
+ Gb làm tăng lượng auxin của các mô bằng cách tác động trên sự tổng hợp protease phân giải protein có chứa tryptophan là tiền chất của auxin. Mặt khác, Gb giúp tổng hợp acid polyhydroxy cinnamic, chất nầy cản hoạt động của enzym AIA -oxydaz phân hủy auxin.
+ Gb điều hòa biểu hiện gen
CYTOKININ Lịch sử
- Haberlant (1913) ghi nhận có một chất di chuyển trong mô libe, cảm ứng sự phân chia tế bào trong nhu mô khoai tây.
- 1939, Chiball ghi nhận trong quá trình tổng hợp protein có một chất xuất phát từ rễ làm cho lá không già (ở nhánh có rễ mọc, lá được giữ lâu)
- Skoog (1949) với phương pháp nuôi cấy mô thân cây thuốc lá đã ghi nhận + tủy thân không tăng trưởng được khi không có AIA
+ Khi có AIA, tế bào tăng rộng nhưng không phân chia
+ Tế bào chỉ phân chia sau khi mô mạch được thành lập và tiếp xúc với nhu mô tủy.
Như vậy, mô mạch phải có chất gì đó cảm ứng phân chia tế bào.
- Năm 1954, Miller đã ly trích từ tinh trùng cá mòi một chất kích thích phân chia tế bào và xác định cấu trúc của nó.
Sau đó, khi ly trích trong nhiều thực vật vì chất này có tính chất phân chia tế bào (cytokinesis) nên gọi đó là cytokinin.
68
.Hiện diện
Trong tất cả các thực vật và ở nơi đang có sự phân bào mạnh Cytokinin ở hai dạng: dạng tự do và dạng dính với ARNt.
.Ly trích và đo
Dung môi hữu cơ (alcool, aceton, butanol) với pH thích hợp
.Sinh tổng hợp
Nơi tổng hợp : chót rễ (vùng sinh mô).
.Di chuyển
Theo hai chiều cả mạch mộc và libe nhưng nhiều nhất là qua mô mộc.
Có sự di chuyển thụ động và hoạt động (cần O2)
.Thoái hóa
Được biết rất ít.
.Tác dụng
* Ở mức cơ quan + Gỡ miên trạng chồi, hột
+ Tạo nụ mới, cản sự lão hóa, cản sự rụng lá + Làm tăng dầy lá (kích thích phân chia tế bào)
+ Kích thích sự thành lập củ, giúp tích trữ tinh bột ở củ.
* Ở mức tế bào
Cytokinin kích thích sự phân chia tế bào và phân hóa tế bào.
* Ở mức phân tử
Chưa được biết rừ. Cú vai trũ trong sự nhận biết codon thớch hợp, điều hũa sự sinh tổng hợp protein.
.Tổng hợp
Do công thức tương đối ít phức tạp nên đã tổng hợp được nhiều loại .Ứng dụng
Trong nuôi cấy mô, trong giâm cành, kích thích tạo hoa cái.
70
ACID ABCISIC (ABA)
Chất gây rụng lá non (Abscission) .Lịch sử
- Addicott (1961) chứng minh có một chất làm rụng lá và ông đặt tên là Abscisine.
- Dukuma (1965) đã ly trích chất đó, đo và tìm được công thức.
- Nhóm của Wareing (1964) cũng ly trích được với hoạt tính cao nhất một chất có ở chồi miên trạng của cây Acer và đặt tên là Dormin (từ “dormancy”).
- Sau đó, nhiều tác giả cũng ghi nhận là đã gặp ở nhiều thực vật khác.
ABA (acid 3 – methyl trans pentadienoic)
CH3 CH3
CH3 CH
OH CH
C CH3
CH
COOH
O
.Hiện diện
Gặp ở mọi loại thực vật , ABA hiện diện nhiều ở mô lão và trưởng thành hoặc ở hoa trái non, hột. Lượng trung bình 0,01 –1ppm
Thường ở hai dạng tự do và dính với glucoid.
.Ly trích đo
Như chất auxin: dùng sắc ký khí, trắc nghiệm miễn dịch, sinh trắc nghiệm (ở diệp tiêu, cây mầm)
.Sinh tổng hợp
Nơi tổng hợp: lá trưởng thành
Tiền chất: acid mevalonic qua trung gian carotenoid.
.Di chuyển
Di chuyển theo hai hướng mạch mộc và mạch libe.
.Thoái hóa
Chưa rừ, cú thể ở dạng dớnh.
72
.Tác dụng:
* Mức cơ thể:
- Gây sự lão, làm hoa, trái, nụ bị rụng
- Làm mất màu xanh (biến đổi diệp lục tố làm 4 nhân pyrol không đóng vòng được)
- Gây miên trạng ở chồi, hột
-Làm chậm sự di chuyển qua mạch libe.
-Làm đóng khẩu, giúp thực vật chống chịu hạn, cản sự thoát hơi nước.
* Ở mức tế bào
Là một anti Giberelin có tác dụng cản phân chia tế bào.
* Ở mức phân tử
Chưa rừ. Cú lẽ ABA ức chế tổng hợp ADN, ARN.
.Tương quan
- Ức chế tổng hợp ethylen
- Cản phân bào, cản kéo dài tế bào, cản sự vận chuyển các chất dự trữ . Ap dụng: (chưa nhiều)
ETHYLEN (C2H4) .Lịch sử
Đã được biết từ lâu.
- Giardin (1864) nhận thấy cây bị rụng lá do đốt
- Werner ghi nhận trên cây mầm đậu không theo quang hướng động thuận khi nẩy mầm.
- Năm 1901, ethylen được coi như là một yếu tố của hơi độc.
- Nelsubov (1913) ghi nhận chính cây mầm đậu không mọc thẳng đứng là do khí hơi ở trong phòng thí nghiệm (khi mùa đông dùng lò sưởi). Nếu khí này được khử độc bởi oxyt đồng sẽ không có mầm đậu cong. Ong đã chứng minh acetylen, ethylen với nồng độ 0,06 ppm làm cho mầm đậu mọc ngang.
- Sau đó, trong quá trình vận chuyển trái (cam, chanh), người ta phát hiện có những lô chín nhanh. Quan sát kỹ thì hiện tượng này do nấm mốc tạo ethylen thúc hối sự chín (ghi nhận ở California).
- Game (1934) đã giữ được ethylen và xác định được lượng Ethylen tạo ra ở trái táo.
74
.Hiện diện
Ethylen hiện diện ở mọi thực vật, ở mọi nơi trong cơ thể và có nồng độ tương đối thấp (50l/kg).
Thường gặp khi có vết thương, hoa rụng, trái chín, cơ quan lão…
.Ly trích và đo
Ly trích dùng sắc ký khí.
Là một chất hơi nên khó đo, dùng phép sắc ký khí khối phổ .Sinh tổng hợp
Nơi tổng hợp: ty thể già, cơ quan lão.
.Di chuyển
Là một chất hơi, sự di chuyển không đặt ra.
Ethylen thoát ra bị ức chế bởi nhiệt độ thấp và nồng độ oxy thấp.
.Thoái hóa Tạo thành CO2
.Tác dụng
* Ở mức cơ thể
- Thúc đẩy sự chín trái, sự lão làm rụng trái, lá, hoa.
- Làm mất tính hướng động - Gỡ miên trạng ở chồi, hột - Làm trái mềm, đổi màu
-Trong tối, Ethylen cản sự kéo dài nhưng kích thích phù to ra.
- Kích thích tạo hoa, ở một vài cây kích thích tạo hoa cái.
* Ở mức tế bào
Ethylen ảnh hưởng trên tính thấm của màng, các cấu tử dễ bị phân hủy.
* Ở mức phân tử
Chưa rừ vỡ đõy là một chất hơi, đơn giản.
Ethylen giúp sinh tổng hợp cellulase, polygalacturonase, mARN.
76
.Tổng hợp
Thường dùng acetylen (C2H2), propylen… có hoạt tính kéo dài hơn Ethrel (acid 2-chloro- ethan phosphoric) nhả ethylen từ từ.
.Tương quan (auxin – giberelin – cytokinin – ABA)
Ethylen có liên quan đến auxin và cytokinin (trong sự tổng hợp). Ethylen khi tạo ra làm hại sự chuyên chở auxin.
Kích thích tổng hợp ABA.
Ảnh hưởng trên sự phân bào, không còn tính bán thấm màng.
. Ứng dụng:
Kích thích tạo mủ cao su
Ra bông đồng loạt một số loài TV Chín trái.
Cản ethylen bằng cách giảm nồng độ oxy, bảo quản ở nhiệt độ thấp.
CÁC NỘI YẾU TỐ KHÁC:
Vitamin là một hợp chất hữu cơ được thực vật tổng hợp để thực hiện các phản ứng sinh hóa trong cơ thể thực vật. Ví dụ: vitamin B1, B6, B5 cần cho rễ…
Acid amin là một nhu cầu không thể thiếu đối với động vật. Ở thực vật có thể tự tổng hợp acid amin.
78
CHƯƠNG XI: KIỂM SOÁT SỰ RA HOA BỞI CÁC HORMONE THỰC