Hormon thực vật là những hợp chất hữu cơ do thực vật sản xuất di chuyển từ nơi tổng hợp ñến nơi tác dụng, ñiều khiển sự sinh trưởng hay một quá trình sinh lý của thực vật với một liều lượng rất nhỏ (Davies, 1995)[17].
Chất ñiều hòa sinh trưởng thực vật bao gồm hormon thực vật và các hợp chất hữu cơ do con người hoặc vi sinh vật tổng hợp có tác dụng ñiều hòa sự sinh trưởng ở thực vật. Các chất ñiều hòa sinh trưởng thực vật không phải là chất dinh dưỡng, các vitamin hay những nguyên tố thiết yếu cho thực vật [17].
Hiện nay các chất ñiều hòa sinh trưởng thực vật ñược chia thành 5 nhóm chính: auxin, gibberillin, cytokinin, acid abscisic và ethylen.
+ Auxin
Auxin là nhóm chất ñiều hòa sinh trưởng thực vật ñược khám phá ñầu tiên (1880) bởi các thí nghiệm của Darwin và Francis, con trai của ông về hiệu ứng ánh sáng trên sự cong của diệp tiêu cây yến mạch (Avena sativa) và sự phát hiện của Went (1982) về vai trò kích thích sự kéo dài tế bào của auxin (Bùi Trang Việt,2000). Mười năm sau, cấu trúc của auxin ñược xác ñịnh ñó là indoleacetic acid (IAA) [63]
Auxin có vai trò quan trọng trong sự phân chia, mở rộng và kéo dài tế bào, ñiều này liên quan tới sự giãn nở của vách tế bào, tính ưu tính ngọn, hướng ñộng, lão suy, rụng, ñậu và tăng trưởng, tính cái của hoa, ñiều khiển sự hình thành rễ, tăng hô hấp tế bào và mô nuôi cấy, có vai trò quan trọng trong sự hình thành phôi (bao gồm cả phôi hợp tử và phôi sooma). Auxin còn làm tăng hoạt tính của các enzim, ảnh hưởng mạnh ñến trao ñổi chất của nitrogen,
tăng khả năng tiếp nhận và sử dụng ñường trong môi trường [17] Auxin ñược hình thành chủ yếu ở ngọn thân, lá non, hột ñang phát
triển. Sau ñó auxin di chuyển xuống rễ kích thích hình thành rễ bất ñịnh. Trong thực vật bậc cao, auxin di chuyễn hữu cực từ tế bào này qua tế bào khác, từ ñỉnh chồi xuống dưới gốc thân (hình 1.1)
Sự di chuyễn hữu cực này ñóng vai trò quan trọng trong sự sinh phôi (bao gồm cả phôi hợp tử và phôi soma) [25].
Trong rễ, sự di chuyển của auxin phức tạp hơn. Khi sử dụng ñồng vị phóng xạ, Mitchell và cs, (1975) và Tsurumi và cs, (1978) nhận thấy rằng sự di chuyển của auxin là có tính hướng ngọn trong mạch chính của rễ (di chuyển từ gốc rễ ñến ngọn rễ) tuy nhiên cũng có bằng chứng cho thấy auxin có thể di chuyển hướng gốc ở gần ngọn rễ và vùng kéo dài rễ [54]. Cấu trúc của một số dạng auxin: IAA, NAA, 2,4-D (hình 1.2)
Hình 1.2: Cấu trúc của auxin tự nhiên (IAA) và auxin tổng hợp (NAA, 2,4-D) (Smith,1997)
Sự hình thành và phát triển rễ bất ñịnh phụ thuộc vào sự di chuyển và nồng ñộ của auxin. Sử dụng auxin trong nuôi cấy in vitro như là một nghệ thuật, ở nồng ñộ thấp, auxin kích thích sự tạo rễ bất ñịnh nhưng ở nồng ñộ cao lại kích thích hình thành mô sẹo.
+ Cytokinin
Cytokinin có vai trò tác ñộng ñến tất cả các giai ñoạn sinh trưởng và phát triển của thực vật, từ sự kích thích phân chia tế bào, sự phát sinh cũng như tăng trưởng chồi, thúc ñẩy sự hình thành các chồi nách bằng cách ức chế ưu tính ngọn, ức chế sự hình thành rễ ñến sự hình thành hoa và trái. Cytokinin là chậm sự phân hủy diệp lục tố, do ñó làm chậm sự lão hóa của lá, làm tăng quá trình chuyển hóa acid nucleic và protein, ñiều chỉnh nồng ñộ Ca2+ trong tế
bào (Smith, 1997; Bùi trang Vệt, 2000). Cytokinin ñược tổng hợp chủ yếu ở ngọn rễ, hột ñang phát triển.
Một số dạng cytokinin thường gặp: zeatin, BA, kinetin (hình 1.3)
Hình1. 3. Cấu trúc của một số dạng cytokinin (Smith, 1997).
+ Gibberellin
Gibberellin là một nhóm chất lớn. Hiện nay các nhà khoa học ñã xác ñịnh ñược trên 90 chất có hoạt tính gibberellin, và tất cả các chất ñó ñều ñược tách chiết từ thực vật hoặc từ vi sinh vật nhờ phản ứng tổng hợp (Mai Trần Ngọc tiếng, 2002). Gibberellin ñóng vai trò quan trọng trong sự kéo dài thân và cuống hoa của cây dài ngày, là hormon quan trọng trong sự ra hoa, kích thích sự nảy mầm, ñậu và tăng trưởng trái, tính ñực của hoa, giúp sự phân hóa các tế bào tượng tầng thành libe và mộc. Ở mức phân tử, gibberellin làm cho Ca2+ di chuyển nhanh vào chất trong suốt của tế bào và làm rộng tế bào bằng cách ảnh hưởng trên vách, nhưng không ảnh hưởng trên bơm proton như tác ñộng của auxin.
Các gibberellin khác nhau là Ax hay GAx ñược ñánh số theo thứ tự khám phá.
Hình 1.4. Cấu trúc của khung gibbane và sự chuyển ñổi GA4 thành các GA khác(Smith, 1997)
+ Acid abscisic Acid abscisic (ABA) là chất ñược ly trích ñầu tiên trên cây bông. Tính
chất của ABA là cản sự nảy mầm, kéo dài sự ngủ của chồi và hột, làm chậm sự kéo dài lóng, liên quan tới sự sinh phôi và trưởng thành của hột, kích thích sự lão suy và rụng của nhiều loại trái và lá. ABA có vai trò quan trọng trong sự ñóng mở của khí khẩu. Khi nồng ñộ ABA cao, khí khẩu trong lá ñóng lại. Thông qua cơ chế này, ABA giúp cho cây tự bảo vệ khi gặp ñiều kiện khô hạn của môi trường. Acid abscisic là một sesquiterpen (hình 1.5), ñược tổng hợp ở rễ, lá non, hột. ABA ñược vận chuyển cả trong mạch mộc và libe tùy vị trí nó sinh ra.
Hình 1.5. Cấu trúc của ABA (Smith, 1997)
+ Ethylen
Ethylen là một chất khí có cấu trúc ñơn giản (CH2=CH2) (hình1.6), có vai trò trong sự gỡ miên trạng của hột, tăng trưởng và phân hóa (chồi và rễ), (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tạo rễ bất ñịnh, rụng lá và trái, tính cái của hoa, lão suy (hoa, trái), chín trái. Ethylen ñược tổng hợp ở trong trái chín, mô lão suy và ở những mô
chịu “stress”, do ñó, ethylen ñược xem như là một hormon vết thương, giúp cho cây giảm bớt sự nhiểm trùng.
Hình 1.6. Cấu trúc của ethylen (Smith, 1997).
+ Thidiazuron (TDZ) Thidiazuron (N-phenyl-N’-1,2,3-thidiazol-5-ylurea) là một chất hóa
học ñược tổng hợp, tan nhiều trong ethanol, là một ứng cử viên ñể trở thành
một trong những chất ñiều hòa sinh trưởng thực vật. TDZ ñã ñược sử dụng rộng rãi trong nuôi cấy mô thực vật bởi nó thể
hiện ñồng thời tính chất mạnh của auxin và cytokinin (Murthy và cs, 1998) dù cấu trúc của nó khác hẳn với cấu trúc của auxin và cytokinin [56](hình 1.7)
Hình 1.7. Cấu trúc của TDZ
Trong ñiều kiện in vitro, nhiều công trình nghiên cứu ñã ñược công bố về vai trò của TDZ trong sự phát sinh hình thái bao gồm sự tạo mô sẹo, sự
- Tạo mô sẹo: thông thường, khi cảm ứng tế bào tạo mô sẹo, chúng ta thường sử dụng auxin như NAA hay 2,4-D. TDZ với hàm lượng thấp cũng có khả năng tạo ñược mô sẹo (Capelle và cs, 1983) và khối mô sẹo thường có những nốt nhỏ màu xanh [56].
- Tạo chồi: TDZ ñã ñược sử dụng ñể nghiên cứu sự tạo chồi trên nhiều ñối tượng khác nhau, từ những cây ăn trái nhiệt ñới cho tới những cây tạo củ. Kerns và cs (1986), Fellman và cs (1987), Fiola và cs (1990) và Malik và cs (1992a, 1992b) ñã kết luận rằng sự tạo chồi trên môi trường có bổ sung DTZ với hàm lượng thấp thì hiệu quả hơn so với các cytokinin khác. Đặc biệt, sự tác ñộng của chúng trên sự tạo chồi ở những loài thân gỗ là hiệu quả nhất (Briggs và cs, 1988; Baker và cs, 1993).
- Tạo phôi soma: cảm ứng sự tạo phôi soma thường sử dụng phối hợp ñồng thời hai loại chất ñiều hòa là auxin và cytokinin với tỉ lệ khác nhau, trong khi TDZ với một mình nó có thể tạo ñược phôi soma (Saxena và cs, 1992; Visser và cs, 1992; Gill và cs, 1993). Trên nhiều loại cây khác nhau, nhiều tác giả ñã sử dụng TDZ trong môi trường ñể cảm ứng sự tạo phôi soma như thuốc lá (Gill và cs, 1993), ñậu xanh (Murthy và cs, 1995), cây phong lữ (Visser và cs, 1992), neem (Murthy và cs, 1998), cacao (Li và cs, 1998).