Mục lục
Giới thiệu
I. Các chất kích thích sinh trưởng thực...............................................................vật
3
1.1. Auxin...............................................................................................................3
1.1.1 Nguồn gốc.................................................................................................3
1.1.2.Cấu trúc hoá học và sự sinh tổng hợp.....................................................4
1.1.3.Tính chất sinh lý của auxin.......................................................................4
1.1.4.Các chất auxin tổng hợp...........................................................................8
1.2. Gibberellin....................................................................................................10
1.1.1.Nguồn gốc..............................................................................................10
1.1.2.Sinh tổng hợp.........................................................................................11
1.2.3.Tính chất sinh lý của gibberelin ...........................................................12
1.2.4.Các chất kháng-gibberelin....................................................................14
1.3. Cytokinin.......................................................................................................14
1.3.1. Nguồn gốc..............................................................................................14
1.3.2.Cấu trúc và sinh tổng hợp.....................................................................14
1.3.3. Các loại cytokinin..................................................................................16
1.3.4. Tính chất sinh lý của cytokinin...................................................................18
II. Các chất ức chế sinh trưởng thực vật.............................................................19
2.1. Axit abscisic (ABA).......................................................................................19
2.1.1.Sự phát hiện...........................................................................................19
2.1.2.Con đường sinh tổng hợp và sự phân phối trong tế bào.....................20
2.1.3.Tính chất sinh lý của acid abscisic........................................................21
2.2. Etylen............................................................................................................22
2.1.1.Sự phát hiện...........................................................................................22
2.2.2.Con đường sinh tổng hợp .....................................................................23
2.2.3.Vai trò của etylen....................................................................................24
2.3. Nhóm các chất có bản chất phenol..............................................................25
III.Một số nguyên tắc khi sử dụng chất.....................điều hoà tăng trưởng thực vật
26
IV.....................................ứng dụng các chất điều hoà sinh trưởng trong trồng trọt
1
28
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................35
Giới thiệu
Trong đời sống thực vật, ngoài các chất hữu cơ như gluxit, protêin, lipit, axit
nucleic... để cấu trúc nên tế bào, mô và cung cấp năng lượng cho các hoạt động
sống của chúng, thì còn có các chất có hoạt tính sinh lý như vitamin, enzyme và
các hormone, trong đó các hormone có một vai trò rất quan trọng trong việc điều
hòa qúa trình sinh trưởng phát triển và các hoạt động sinh lý của thực vật.
Các chất điều hòa sinh trưởng và phát triển của thực vật là những chất có bản
chất hóa học 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, cơ quan dự trữ và kết thúc chu kỳ
sống của mình. Các hormone thực vật (phytohormone) là những chất hữu cơ có
bản chất hóa học rất khác nhau được tổng hợp với một lượng rất nhỏ ở các cơ
quan, bộ phận nhất định của cây và từ đó vận chuyển đến tất cả các cơ quan, các
bộ phận khác của cây 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 hòa giữa các cơ quan, bộ phận
trong cơ thể.
Bên cạnh các chất điều hoà sinh trưởng tự nhiên (được tổng hợp ở trong cơ
thể thực vật) còn có các chất do con người tổng hợp nên (gọi là các chất điều hoà
sinh trưởng nhân tạo).
Ngày nay bằng con đường hoá học con người đã tổng hợp nên hàng loạt các
chất khác nhau nhưng có hoạt tính sinh lý tương tự với các chất điều hòa sinh
trưởng tự nhiên (phytohormone) để điều chỉnh quá trình sinh trưởng, phát triển của
cây trồng, nhằm tăng năng suất và phẩm chất của cây trồng. Các chất điều hoà
sinh trưởng nhân tạo ngày càng phong phú và được ứng dụng rộng rãi trong sản
xuất nông nghiệp.
Các chất điều hòa sinh trưởng, phát triển của thực vật được chia thành hai
nhóm có tác dụng đối kháng về sinh lý: các chất kích thích sinh trưởng (stimulator)
và các chất ức chế sinh trưởng (inhibitor).
I. Các chất kích thích sinh trưởng thực vật
Các chất kích thích sinh trưởng của thực vật là những chất ở nồng độ sinh lý
có tác dụng kích thích các quá trình sinh trưởng của cây. Các chất kích thích sinh
2
trưởng thực vật gồm có các nhóm chất: auxin, gibberellin, cytokinine.
1.1. Auxin
1.1.1. Nguồn gốc
Năm 1880 Saclơ Đacuyn (Darwin) đã phát hiện ra rằng ở bao lá mầm của cây
họ hòa thảo rất nhạy cảm với ánh sáng. Nếu chiếu sáng một chiều thì gây quang
hướng động, nhưng nếu che tối hoặc bỏ đỉnh ngọn thì hiện tượng trên không xảy
ra. Ông cho rằng ngọn bao lá mầm là nơi tiếp nhận kích thích của ánh sáng.
Vào năm 1885, một nhà khoa học tên là Salkowski đã phát hiện ra indole-3acetic acid (IAA) trong môi trường lên men. Thế nhưng quá trình chiết tách sản
phẩm tương tự trong các mô thực vật đã không thành công trong suốt gần 50 năm
sau.
Năm 1926, một sinh viên tốt nghiệp đại học tại Hà Lan tên Fritz Went đã công
bố báo cáo mô tả phương pháp phân lập chất kích thích tăng trưởng bằng cách đặt
những khối thạch trắng bên dưới đỉnh của lá bao mầm trong một thời gian nhất
định sau đó lấy ra và đặt chúng vào thân cây khác đã bị bấm ngọn. Sau khi đặt các
khối thạch đó, các thân cây bắt đầu tăng trưởng trở lại. Năm 1928, Went đã triển
khai một phương pháp định lượng chất kích thích tăng trưởng thực vật này. Went
thường được biết đến như người tiên phong sử dụng thuật ngữ “auxin”, nhưng thật
sự phải kể đến Kogl and Haagen-Smit. Họ là những người đã tinh chế được hỗn
hợp axít auxentriolic (auxin A) từ nước tiểu của người vào năm 1931. Sau đó, Kogl
đã phân lập được những hỗn hợp khác từ nước tiểu có cấu trúc và chức năng
tương tự auxin A, trong đó có IAA.
Auxin phổ biến nhất, axít indoleacetic acid (IAA), thường được hình thành gần
đỉnh tăng trưởng và sau đó đi xuống. Quá trình đó khiến cho các lá non sẽ mọc dài
hơn. IAA kích thích cây cối phát triển hướng theo ánh sáng và phát triển bộ rễ.
Vào năm 1954, một hội đồng các nhà sinh lý học thực vật đã được thành lập
để định danh cho các nhóm auxin. Thuật ngữ này xuất phát từ tiếng Hy Lạp, có
nghĩa là “tăng trưởng”. Các hợp chất được gọi chung là auxin nếu chúng tổng hợp
trong các loại thực vật và là những chất chia sẻ những hoạt động tương tự với IAA.
3
1.1.2. Cấu trúc hoá học và sự sinh tổng hợp
Auxin là một hợp chất tương đối đơn giản, có
nhân indole, có công thức nguyên là: C10H9O2N, tên của
The Auxin: IAA
nố
là axit p-indol-acetic.
Auxin được tồng hợp ở tất cả các thực vật bậc cao,
CH2COO
H
tảo, nám và cả ờ vi khuẩn, ở thực vật bậc cao AIA
được tổng hợp chủ yếu ở đĩnh chồi ngọn và từ đó
được vận
chuyển xuống dưới với vận tốc 0,5 -1,5cm/h.
Sự vận chuyền của auxin trong cây cố tính chất phân cực rấỉ nghiêm ngặt, tức
là chỉ vận chuyển theo hướng gốc. Chính vì vậy mà càng xa đĩnh ngọn, hàm lượng
auxin càng giảm dần tạo nên một gradien nồng độ giảm dần của auxin từ đĩnh
ngọn xuống gốc của cây. Ngoài đỉnh ngọn ra auxin còn được tổng hợp ở các cơ
quan còn non khác như lá non, quả non, phôi hạt đang sinh trưởng, mô phân sinh
tầng phát sinh. Quá trình tồng hợp auxin xảy ra thường xuyên và mạnh mẽ ờ trong
cây dưới xúc tác của các enzyme đặc hiệu. Axit p-lndol Axetic là loại auxin phồ
biến trong cây, được tồng hợp ỉừ tryptophan bằng con đường khử amin, cacboxyl
và oxy hóa.
Auxin được tổng hợp thường không ở dạng tự do,
màliên kết với một acid
amin (acid aspartic ở Pisum, acid glutamic ở cây cà chua),hay glucid (AlA-glucoz,
AIA-thioglucosid, AIA-inositol). Các dạng liên kếỉ này không có hoạt tính auxin
nhưng dễ dàng phóng thích auxin theo con đường enzim (bởi sự thuỳ giải kiềm
trong thực nghiệm), là các dạng dự trữ (không bị phá huỷ bởi AIA~oxidaz) và vận
chuyển của auxin.
1.1.3. Tính chất sinh lý của auxin
Auxin can thiệp vàp nhiều hiện tượng sinh lý, hoạt động của nó tuỳ thuộc vào
nồng độ và các sự hỗ tương qua lại của chúng với các chất điều hoà khác. Một số
hoạt động chính của auxin:
1.1.3.1. Hoạt động trong sự kéo dài tế bào
Auxin kích thích mạnh sự kéo dài ỉế bào ở ngọn chồi. Sự kéo dài tế bào là một
quá trình phức tạp, kết hợp nhiều hiện tượng: hấp thu nước; dãn dài vách với sức
4
trương; đặt các hợp chất mới của vách giữa các mạng vi sợi cellulos; sinh tồng hợp protein
và các chát khác.
Vai ỉrò của auxin là gây nên sự giảm pH của thành tế bào bằng cách hoạt hóa
bơm proton ( H ) nằm trên màng ngoại chất. Khi có mặt của auxin thì bơm proton hoạt
động và bơm H+ vào thành tế bào làm giảm pH và hoạỉ hóa enzyme xúc tác cắt đứt các
cầu nối ngang của các polysaccarit. Enzyme tham gia vào quá trình này là
pectinmetylesterase khi hoạt động sẽ metyl hóa các nhóm cacboxyl và ngăn chặn cầu nối
ion giữa nhóm cacboxyl với canxi để tạo nên pectat canxi, do đố mà các sợi cenlulose tách
rời nhau.
Plasma
membrane
ìssaAddiícíi w&slsy Long man, Ine.
Ngoài ra, auxin cũng kích thích sự tổng hợp các mRNA - các chắt ribosome tham gia vào
sự tồng hợp các chấỉ protein.
5
CELL WALL
Plasma
CYTOPLASM
Golgl------------Cr
secretory •
vesicle tí rt Auxliv reaula
regulated
gene
Trans
cription
factors
Signal
transduction
oc
Receptor
Ca)
Growth
proteins °
ữ feMHnWwlf) Uxufwi. Inc
6
1.1.3.2. Hoạt động trong sự phân chia tế bào
❖ Kích thích sự phân chia tế bào tượng tầng
Auxin kích thích rất mạnh sự phân chia tế bào tượng tầng (tầng phát sinh
libe - mộc), nhưng hầu như không tác động trên mô phân sinh sơ cấp. Như vậy,
auxin tác động trên sự tăng trưởng theo đường kính.
ở nồng độ cao, auxin kích thích sự tạo mô sẹo từ các tế bào sống nhờ vào chất
“histogene” (là chất tạo ra nhiều tế bào giống nhau hoàn toàn). Đây là đặc tính tốt
được áp dụng trong nuôi cấy tế bào.
❖ Phân hoá mô dẫn
Auxin kích thích phân chia của tượng tầng, đồng thời giúp sự phân hoá của
các mô dẫn (libe và mạch mộc). Auxin có khả năng cảm ứng trực tiếp sự phân hoá
tế bào nhu mô thành các tổ chức mô dẫn.
1.1.3.3. Hoạt động trong sự phát sinh hình thái (rễ, chồi, quả)
❖ Kích thích phát triển chồi
Auxin (phối hợp với cytokinin) giúp sự tăng trưởng chồi non và khởi phát sự
tạo mô phân sinh ngọn chồi từ nhu mô. Tuy nhiên, ở nổng độ cao, auxin cản sự
phát triển của phát thể chồi vừa thành lập hay chồi nách: các chồi bây giờ vào
trạng thái tiềm sinh.
Auxin gây hiện tượng ưu thế ngọn: Hiện tượng ưu thế ngọn là một hiện
tượng phổ biến ở trong cây. Khi chồi ngọn hoặc rễ chính sinh trưởng sẽ ức chế
sinh trưởng của chồi bên và rễ bên. Đây là một sự ức chế tương quan vì khi loại
trừ ưu thế ngọn bằng cách cắt chồi ngọn và rễ chính thì cành bên và rễ bên được
giải phóng khỏi ức chế và lập tức sinh trưởng. Hiện tượng này được giải thích rằng
auxin được tổng hợp chủ yếu ở ngọn chính và vận chuyển xuống dưới làm cho các
chồi bên tích luỹ nhiều auxin nên ức chế sinh trưởng. Khi cắt ngọn chính, lượng
auxin tích luỹ trong chồi bên giảm sẽ kích thích chồi bên sinh trưởng.
❖ Kích thích phát triển rễ
Auxin ở nồng độ cao kích thích sự tạo sơ khởi rễ (phát thể non của rễ),
nhưng cản sự tăng trưởng của các sơ khởi này. Đặc tính này được ứng dụng phổ
biến trong giâm cành. Sự hình thành rễ phụ trong giâm cành có thể chia làm 3 giai
đoạn: giai đoạn đầu là phản phân hoá tế bào trước tầng phát sinh, tiếp theo là xuất
hiện mầm rễ và cuối cùng mầm rễ sinh trưởng thành rễ phụ chọc thủng vỏ và ra
7
ngoài, ỡiai đoạn đầu cần hàm lượng auxin cao, giai đoạn rễ sinh trưởng cần ít auxin và cố
khỉ không cần cố auxin.
❖ Kích thích sự hình thành, sự sinh trường của quả và tạo quá không hạt
Tế bào trứng sau khi thụ tinh tạo nên hợp tử và sau phát triển thành phôi. Phôi hạt là
nguồn tổng hợp auxin nội sinh quan trọng, khuyếch tán vào bầu và kích thích sự sinh
trưởng của bầu để hình thành quả. Vì vậy quả chỉ được hình thành khi có sự thụ tinh. Nêu
không có quá trình thụ tinh thì không hình thành phôi và hoa sẽ bị rụng. Việc xử lý auxin
ngoại sinh cho hoa sẽ thay thế được nguồn auxin nội sinh vốn được hình thành trong phôi
và do đó không cần quá trình thụ phấn thụ tinh nhưng bầu vẫn lớn lên thành quả nhờ auxin
ngoại sinh. Trong trường hợp này quả không qua thụ tinh và do đố không cố hạỉ.
❖ Kìm hãm sự rụng lá, hoa, quả của cây, vì nó ức chế sự hình thành tầng rời ở
cuống lá, hoa, quả vốn được cảm ứng bởi các chất ứ chế sinh trưởng. Vì vậy phun auxin
ngoại sinh cố thể giảm sự rụng lá, tăng sự đậu quả và hạn chế rụng nụ, quả non
làm tăng năng suắỉ. Cây tồng hợp đủ lượng auxin sẽ ức chế sự rụng hoa, quả,
Aưxin được hình thành lỉên tục trong đĩnh sinh trưởng củã thân và rễ cây... (Ắnh: www.nsf.gov)
8
1.1.4. Các chất auxĩn tổng hợp
IAA tổng hợp được sử dụng trong nuôi cáy mô
nhưng nó dẽ bị biến tính trong môi trường nuôi cấy
và nhanh chóng thoái biến ở trong mô. Tuy nhiên
những đặc tính này có
iNfhd
ỉy>
SMỈINÍ
Wsru
MMỀ
at
________________________
...
,____So
sánh
quả
trong
tự
nhiên
(bên
trái)
vởi
s nh pon nhi n
h' h
^ * 0 ^ (bên trái) với ỉam ưng ninn qUả đã
(cùng với cytokinin) sau khi cảm ứng hình
ăuảđãđươcxử¡«bằnachátkíchthích
thể trở nên hữu dụng bởi vì trong cây, IAA
được xử lý bằng chất kích thích
tâng trưồrn
hâi
thành mô sẹo sẽ kích thích sự phôi khi
hàm
nố?trong
dần. IAA thường được
tao
chồilượng
hoăc của
(bên Pmô
)- giảm
(*nh: www.piant____
_
__Ạ ___■ 2__
hormones.info)
sử dung phối hợp với các chất điều hoà sinh trưởng khác đề kích thích sự phát sinh hình thái
trực tiếp (sự tạo rễ của cành giâm in vitro) và trong nuôi cấy đĩnh sinh trưởng và chồi. Tuy nhiên,
tuỳ
theo mục đíchthí nghiệm
mà
người ta cố thể sử dụng các hợp chất giống auxỉn
khác được tổnghợp và nó cố
những hoạt động hơi khác với auxin như:
Tên chất
Viết tắt
Trọng lượng
Dung môi
phân tử
Nhiệt độ bảo quản
Dạng
Dạng
bột
lỏng
3-lndoleacetic acid
IAA
175.2
1N NaOH
0°c
0°c
3-lndolebutyríc acid
IBA
203.2
1N NaOH
2-8°C
0°c
a-Naphthaleneaceỉic acid
NAA
186.2
2,4-Dichlorophenoxyacetic
2,4-D
1N NaOH
-
2-8°C
221.0
Water
-
2-8°C
2,4,5-T
255.5
EtOH
-
2-8°C
4-CPA
158.1
EtOH
-
2-8°C
-
-
-
1N NaOH
-
-
-
acid
2,4,5-T richlorophenoxyacetic acid
p-Chlorophenoxyacetic acid
2-Methyl-4-
MPCA
-
chlorophenoxyacetic acid
P-Naphthyloxyacetic acid
3,6-Dichloro-2- methoxybenzoic
NOA
202.2
Dicamba 186.6
2-8°C
-
acid
9
Picloram
241.5
DMSO
-
2-8°C
acid
Phenyl acetic acid
PAA
136.2
EtOH
-
2-8°C
2,3,5-T riiodobenzoic acid
TIBA
499.8
1N NaOH
0°C
4-Amino-3,5,6- trichloropicolinic
0°C
CHjCOOH
-----jr CHjCOOH
I
H
^||'
11 1
2, 4, 5T
OCH,COO
H
co
Cl. . OCH,
NO
A
DICAMBA
0
Cl COOH
.
PICLORAM
MCP
°CH,COO
A
H
4u(i I I
2,4-D thipong dirac SIP dung phöi hap vai cytokinin 6e cam Cmg tao mo seo va huyin phü
t§ bao vä nö se dipgc thay th§ bai IBA hay NAA de kich thich sir phat sinh hlnh thai. IBA vä NAA
la loai auxin thich hop trong nuöi ciy chöi.
2,4,5-T hiem khi dupgc
SIP
dung trong nuoi cay mo thu’c vat, hau nhu5 chi dipgc
SIP
dung
de cam Cmg SIP tao mö seo va SLF phat sinh gian tiäp cua cay mot la mim nhu» Avena, Oryza,
vä Panicum. Heyser vä cong sir (1983) nhan thiy o’ Triticum aestivum, mot so thü» tao dipgc
mö seo cö khä näng sinh phöi vöi 2,4-D, mot so khac chi tao mö seo vöi 2,4,5-T.
10
Dicamba thường cố hiệu quả trong sự tạo mô sẹo cố khả năng sinh phôi ở nhóm cây
một lá mầm.
Picloram thường được sử dụng để cảm ứng và duy trì mô sẹo hoặc huyền phù tế bào
của các loại cây lá rộng hoặc đề cảm ứng sự tạo mô sẹo có khả năng sinh phôi. Picloram cố
hiệu quả đối với biên độ các kiểu di truyền rộng hơn. Chĩ trong một số rất ít trường hợp cá biệt,
loại auxin này được dùng trong
nuôi cấy đĩnh
sinh trưởng và nuôi cấy nốt đon thân và được dùng với
nồng độ rấtthấp (0.012 -
0. 4 ụM) khi phối hợp với một cytokinin.
1.2.
Gibberellin
1.2.1. Nguồn gốc
Gibberellin là nhóm phytohormone thứ hai
được phát hiện sau auxin. Từ những nghiên cứu
bệnh lý “bệnh lúa von” do loài nắm ký sinh ở cây
lúa
Gibberella
fujikuroi
(nấm
Fusarium
moniliforme ở giai đoạn dinh dưỡng) gây nên.
Năm 1926, nhà nghiên cứu bệnh lý 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 chấỉ dưới dạng tinh thề từ nấm lúa von gọi là
gỉbberellin A và B nhưng chưa xác định được bản chắt
hóa học của chúng.
Năm 1955 hai nhỏm nghiên cứu của Anh và Mỹ đã phát
hiện ra axỉt gibberellic ở cây lúa bị bệnh lúa von và xác
định đượccông
hóa học của nó là c H
19 22 6
thức
o.
HO
Năm 1956, West, Phiney, Radley đã tách được gibberellin ỉừ các thực vật bậc cao và
xác định rằng đây là phytohormone tồn tại trong các bộ phận của cây. Hiện nay người ta đã
phát hiên ra trên 50 loai gibberellin và ký hiêu A , A , A A .
1 2 3
52
11
Trong đố gỉbberellin A
(GA )
nhất.
là
axỉt
gibberellic cố tác dụng sinh lý mạnh
12
Người ta đã tìm được gibberellin ở nhiều nguồn khác nhau như ở các loại nấm, ở thực vật bậc
thấp và ỉhực vật bậc cao.
1.2.2. Sinh tổng hợp
Gỉbberelỉn là những terpenoid, được cấu tạo từ 4 đơn vị ỉsopren (C 5): CH2=C(CH3)CH=CH2. Các đơn vị này ít nhiều bị biến đổi trong phân tử gibberelin. Theo lý thuyết, các
gibberelin có 20C, nhưng nhiều chất chỉ còn 19C (do một -CH 3 bị oxi hoá thành -COOH, và
nhóm này được khử carboxyl).
Acid mevalonic (C6), có nguồn gốc từ acetyl CoA trong con đường hô hấp, là chất khởi
đầu của các sinh tổng hợp terpenoid. Từ acid mevalonic, các isopren được thành lập và kết
hợp nhau qua nhiều giai đoạn để cho kauren (C20), sản phầm chuyên biệỉ đầu tiên ỉrong con
đường sinh tồng hợp giberelin. Mọi chất có hoạt tính giberelin đều cố nhân giberelan, khởi đầu
là GAi2-aldehyd.
Tóm lại, các giai đoạn chính của con đường sinh tổng hợp các gibberelin là:
13
Acetil C0A -ỳ acid mevalonic -ỳ Kauren -> GAi2-aldehid -ỳ các GA -ỳ ...Trong số các
gibberelin, GAi là chấất chính kích thích sự kéo dài thấn ở thực vật. GA3 ít g ặp ở thực
vật, nhưng là chất có hoạt tính trong các sinh trắc nghiệm, và được xem như chất
chuẩn cho các gibberelin.
Gibberellin được tổng hợp trong phôi đang sinh trưởng, trong các cơ quan đang
sinh trưởng khác như lá non, rễ non, quả non... và trong tế bào thì được tổng hợp
mạnh ở trong lục lạp. Gibberellin vận chuyển không phân cực, có thể hướng ngọn và
hướng gốc tùy nơi sử dụng. Gibberellin được vận chuyển trong hệ thống mạch dẫn
với vận tốc từ 5- 25 mm trong 12 giờ. Gibberellin ở trong cây cũng tồn tại ở dạng tự
do và dạng liên kết như auxin, chúng có thể liên kết với glucose và protêin.
Gibberelin liên kết với các chất đường: nhiều gibberelin-glycosid được tìm thấy ở
thực vật, nhất là trong các hột. Khi các gibberelin được áp dụng vào thực vật, một
phần gibberelin thường bị glycosyl hoá; ngược lại, gibberelin-glycosid có thể được đổi
thành gibberelin tự do.
1.2.3.
Tính chất sinh lý của gibberelin
❖ Sự kéo dài tế bào
Gibberelin kiểm soát hướng đặt các vi sợi celluloz ( vừa mới được tổng hợp nhờ
celluloz synthetaz) trong vách tế bào, hướng đặt này lại do hướng đặt của các vi ống
ở ngoại vi tế bào quyết định. Gibberelin cảm ứng sự đặt các vi ống theo hướng ngang
ở nhiều kiểu tế bào ( kể cả các tế bào mà gibberelin không kích thích sự kéo dài), tuy
nhiên sự phối hợp hoạt động giữa gibberelin và auxin trong sự đặt các vi ống chưa
được biết.
Gibberelin hạ thấp nồng độ Ca 2+ trong vách ( có lẽ bằng cách kích thích sự hấp
thu ion này vào trong tế bào), và do đó giúp sự kéo dãn vách, vì Ca 2+ cản sự kéo dãn
vách ở dicot (không cản ở monocot). Trong hoạt động này, vách tế bào không bị acid
hoá bởi giberelin ( khác với hoạt động nhanh của auxin).
Gibberelin cản hoạt động của các peroxidaz vách tế bào, do đó làm chậm sự
hoá cứng của vách, hiện tượng do sự tạo lignin dưới tác dụng của các peroxidaz.
❖ Sự kéo dài của thân
Hiệu quả sinh lý rõ rệt nhất của gibberellin là kích thích mạnh mẽ sự sinh
trưởng kéo dài của thân, sự vươn dài của lóng. Hiệu quả này có được là do của
14
gibberellin kích thích mạnh lên pha giãn của tế bào theo chiều dọc. Vì vậy khi xử lý
của gibberellin cho cây đã làm tăng nhanh sự sinh trưởng dinh dưỡng nên làm tăng
sinh khối của cây. Dưới tác động của gibberellin làm cho thân cây tăng chiều cao rất
mạnh (đậu xanh, đậu tương thành dây leo, cây đay cao gấp 2-3 lần). Nó không
những kích thích sự sinh trưởng mà còn thúc đẩy sự phân chia tế bào.
❖ Sự kéo dài lóng và tăng trưởng lá
Kích thích sự kéo dài lóng, vừa do sự kéo dài vừa do sự phân chia tế bào thân,
là đặc tính nỗi bật của gibberelin. Gibberelin kích thích mạnh sự phân chia tế bào nhu
mô vỏ và biểu bì. Xử lý gibberelin làm tăng năng suất mía cây và đường (do kích
thích sự kéo dài lóng).
Giberelin liều cao (hay phối hợp với citokinin) kích thích mạnh sự tăng trưởng
lá (diện tích có thể gấp đôi bình thường như ở Trèfle, Radis). Trên lá yến mạch hay
diệp tiêu lúa, giberelin chỉ có vai trò làm tăng hiệu ứng auxin.
❖ Sự nảy mầm, nảy chồi
Gibberellin kích thích sự nảy mầm, nảy chồi của các mầm ngủ, của hạt và củ,
do đó nó có tác dụng trong việc phá bỏ trạng thái ngủ nghỉ của chúng. Hàm lượng
gibberellin thường tăng lên lúc chồi cây, củ, căn hành hết thời kỳ nghỉ, lúc hạt nảy
mầm.Trong trường hợp này của gibberellin kích thích sự tổng hợp của các enzyme
amilaza và các enzyme thuỷ phân khác như protease, photphatase... và làm tăng
hoạt tính của các enzyme này, vì vậy mà xúc tiến quá trình phân hủy tinh bột thành
đường cũng như phân hủy các polime thành monome khác, tạo điều kiện về nguyên
liệu và năng lượng cho quá trình nảy mầm. Trên cơ sở đó, nếu xử lý gibberellin ngoại
sinh thì có thể phá bỏ trạng thái ngủ nghỉ của hạt, củ, căn hành kể cả trạng thái nghĩ
sâu.
❖ Sự ra hoa, quả
Trong nhiều trường hợp của gibberellin kích thích sự ra hoa rõ rệt. Ảnh hưởng
đặc trưng của sự ra hoa của gibberellin là kích thích sự sinh trưởng kéo dài và nhanh
chóng của cụm hoa. Gibberellin kích thích cây ngày dài ra hoa trong điều kiện ngày
ngắn (Lang, 1956).
Gibberellin ảnh hưởng đến sự phân hóa giới tính của hoa, ức chế sự phát triển
hoa cái và kích thích sự phát triển hoa đực.
15
Gibberellin có tác dụng giống auxin là làm tăng kích thước của quả và tạo quả
không hạt. Hiệu quả này càng rõ rệt khi phối hợp tác dụng với auxin.
1.2.4. Các chất kháng-gibberelin
Vài chất làm chậm tăng trưởng, được dùng để tạo cây lùn, là các chất khánggibberelin. Thí dụ: ccc (Chlorocholine chloride, trọng lượng phân tử: 158.1), Amo1618 và phosfon cản sự tổng hợp kauren; paclobutrazol ( tên thương mại: Bonzi) cản
giai đoạn sau kauren, Acid abcisic không cản chuyên biệt sự tổng hợp gibberelin,
nhưng hoạt động đối nghịch với gibberelin.
1.3. Cytokinin
1.3.1. Nguồn gốc
Việc phát hiện ra cytokinin gắn liền với kỹ thuật nuôi cây mô tế bào thực vật.
Năm 1955 Miller và Skoog phát hiện và chiết xuất từ tinh dịch cá thu một hợp chất có
khả năng kích thích sự phân chia tế bào rất mạnh mẽ trong nuôi cấy mô gọi là kinetin
(6-furfurryl-aminopurin: C10H9N5O).
Letham và Miller (1963) lần đầu tiên đã tách được cytokinin tự nhiên ở dạng kết
tinh từ hạt ngô gọi là zeatin và có hoạt tính tương tự kinetin. Sau đó người ta đã phát
hiện cytokinin có ở trong tất cả các loại thực vật khác nhau và là một nhóm
phytohormone quan trọng ở trong cây. Trong các loại cytokinin thì 3 loại sau đây là
phổ biến nhất: Kinetin (6- furfuryl- aminopurin), 6-benzin- aminopurin và zeatin tự
nhiên.
Nước dừa (phôi nhũ lỏng) từ lâu được dùng trong nuôi cấy (Van Overbeek et al.,
1941). Môi trường chứa auxin và 10-20% nước dừa giúp sự phân chia của tế bào
thân đã phân hoá (sự tạo mô sẹo). Người ta tìm cách xác định bản chất hoá học của
chất có trong nước dừa, nhưng phải sau sự khám phá cytokinin vài năm, nước dừa
mới được chứng minh chứa zeatin (Letham, 1974)
16
Sau zeatin, hơn 30 cytokinỉn khác nhau được cô lập. Ngày nay, người ta gọi cytokinin để
chỉ một nhóm chất thiên nhiên hay nhân tạo, có đặc tính sinh lý giống nước dừa hay kinetin.
1.3.2.
Cấu trúc và sinh tổng hợp Zeatin tự do ở dạng trans trong phần lớn thực vật,
mặc dù cả 2 dạng cis và trans đều cố hoạt tính của cytokinin. Nhiều chất tổng hợp cố hoạt tính
cytokìni, chúng đều là các aminopurin được thay thế ở vị trí 6, thí dụ benzylaminopurin (benzyl
adenin, viết tắt BAP hay BA) là chất được dùng trong nông nghiệp. Ngoại lệ, vài dẫn xuất
diphenilurê có hoạt tính cytokinin nhưng yếu.
H.C=C.CH3
HN-CHó' NCH,
DMAA
DIPHENTLURÊ
Hình 11.10. Cấu trúc của adeniĩi (6—aminopurÌTi),
citokinin (adenin được thay thế) và diphenilurè.
Chuỗi ngang của các cytokỉnin thiên nhiên có liên hệ về mặt hoá học với cao su,
caroỉenoid, gibberelin, axit abcisic, và vài hợp chất bảo vệ thực vật gọi là phytoalexin. Tất cả
các hợp chất này, ít ra là mộỉ phần, được thành lập bởi các đơn vị isopren cổ nguồn gốc từ
tiền chất acid mevalonic, ở thực vật, cytokinin synthaz là enzym xúc tác sự liên kết giữa chuỗi
bên và adenosin monophosphat (AMP).
17
Mô phân sinh ngọn rễ là nơi tổng hợp chủ yếu các cytokinin tự do cho cả cơ thể
thực vật. Từ rễ, cytokinin di chuyển trong mạch mộc để tới chồi. Tuy nhiên, các chồi
( cà chua) và phôi cũng là nơi tổng hợp cytokinin.
Khác với mô phân sinh ngọn chồi, phôi bị tách khỏi cây vẫn tiếp tục tăng trưởng
và phát triển bình thường trên môi trường thiếu hormon. Người ta không biết chính
xác khi nào phôi tự lập về cytokinin, tuy nhiên, có lẽ phôi quá non ( không có khả
năng tổng hợp cytokinin) dùng cytokinin hiện diện ở hàm lượng cao trong phôi nhũ.
Phân tử tRNA (tham gia trong sự tổng hợp protein trong cytosol hay trong diệp
lạp) không chỉ chứa 4 nucleotid tạo nên mọi RNA, mà còn vài nucleotid không bình
thường với các baz bị biến đổi. Vài baz này hoạt động như cytokinin khi tRNA bị thuỷ
giải (theo con đường enzym troong tế bào). Như vậy, tRNA của thực vật (và hầu như
của mọi sinh vật từ vi khuẩn đến con người) chứa zeatin, mặc dù ở dạng đồng phân
cis thay vì trans như các cytokinin tự do.
1.3.3. Các loại cytokinin
❖ Các loại cytokinin tự nhiên: ngày nay, người ta cho rằng kinetin không phải là
chất tự nhiên mà nó được tạo thành do sự tái sắp xếp lại cấu trúc của một chất khác
(Hecht, 1980), có ít nhất hai loại cytokinin tự nhiên có cấu trúc tương tự như cấu trúc
của kinetin đã được xác định, đó là nhgững hợp chất tự do hay những hợp chất có
gắn với nhóm glucoside hoặc riboside (Entsch và cộng sự, 1980). Hai loại cytokinin
thường được sử dụng trong nuôi cấy mô là:
Zeatin:
4-hydroxy-3-methyl-trans-2-butenylaminopurine,
hoặc
6-(4-hydro-3-
methylbut-2-enyl)-aminopurine hoặc 2-methyl-4(-1 H-purine-6-ylamino)-2-buten-1-ol)
2-iP (IPA): N6-(2-isopentyl)adenine hoặc 6-(3-methyl-2-butenylamino)purine.
Dihydrozeatin: 6-(-hydroxy=3=methyl-trans-2-butenyl)aminopurine.
18
CH,
CH,-CH = C^
Ị
NH
CH3 2fp
CH,
❖ Các loại cytokinin tổng hợp: các loại
cytokinie tự nhiên như 2-iP và zeatin ít được sử dụng trong các thí nghiệm vì giá thành cao.
Một số hợp chát tổng hợp thuộc nhóm cytokinin thường được sử dụng trong công tác nuôi
cầy là:
Kinetin: 6-furfurylaminopurine hoặc N-(2-furanylmethyl)-1H-purine-6-amine BAP
(BA): 6-benzylaminopurine hoặc benzyladenine .
TDZ: 1-phenyl-3( 1,2,3 thiadỉazol-5-yl)
19
❖ Trọng lượng phân tử của một số cytokinin:
Tên chất
Viết
Dung môi
Trọng lượng
tắt
phân tử
Nhiệt độ bảo quản
Dạng
Dạng
bột
lỏng
Adenine
ADE 135.1
1.0 HCI
-
2-8°C
6~Benzylami nopu ri ne
BAP 225.3
1N NaOH
-
2-8°C
Zeatin
ZEA
219.2
1N NaOH
0°c
0°c
6-(3-methyl~2~
2-iP
203.2
1N NaOH
0°c
0°c
KIN
215.2
1N NaOH
0°c
0°c
220.2
DMSO
-
2-8°C
DPU 212.3
DMSO
-
2-8°C
butenylamino)purine
Kinetin
1-phenyl-3( 1,2,3 thiadiazol-5-yl)
1,3-Diphenylurea
TDZ
20
- Xem thêm -