Регуляторы роста и развития растений

Фитогормоны (ростовые вещества) – низкомолекулярные органические вещества, образующиеся в различных тканях и органах и, действующие в очень низких концентрациях (10^-13-10^-5 моль/л). Впервые о возможности существования у растений веществ, сходных с гормонами животных предположил еще Ч. Дарвин в своей книге «Способность к движению у растений» в 1880 г. Он исследовал тропизмы растений и установил, что наиболее чувствительна к воздействию внешних факторов верхушка органа. Это сенсорные органы. Медленные двигательные реакции осуществляются в другом участке – моторной зоне. В связи с этим он предположил, что раздражение, воспринятое сенсорной зоной, передается в моторную с помощью какого-то химического фактора.

Значение ростовых веществ или регуляторов роста и развития растений в том, что они позволяют воздействовать на интенсивность и направленность физиологических процессов в растениях, повышать их урожайность, улучшать качество и др.

В 1909-1910 гг. Г. Фиттинг обнаружил присутствие гормоноподобных веществ в поллиниях орхидей и назвал эти вещества гормонами.

К 60-м годам XX в. были открыты и изучены все группы гормонов, известные на сегодняшний день, которые принимают участие во всех жизненных процессах растений. Гормональная система растений в отличие от животных менее специализирована, и для включения и выключения каких-либо физиологических и морфогенетических программ используются одни и те же гормоны, но в разных концентрациях (Рис.). Фитогормон, также как и гормоны животных, синтезируются в одних органах, а оказывают физиологический эффект на другие органы (рис.)

Рис. Зависимость регенерации культуры ткани сердцевины табака от соотношения фитогормонов.

Фитогормоны по механизму действия и химической природе подразделяют на:

► гормоны – стимуляторы (ауксины, цитокинины, гиббереллины)

► гормоны – ингибиторы, тормозящие физиологические процессы (абсцизины и этилен).

Рис. Синтез и транспорт фитогормонов

Фитогормоны-стимуляторы:

Ауксины - эта группа гормонов была открыта в начале XX в.(ауксин – β-индолилуксусная кислота). Синтезируется эти вещества в апексе побега (рис. 4).

Они оказывают следующие физиологические эффекты:

♦ Активируют деление и растяжение клеток;

♦ Вызывают формирование проводящих пучков и корней;

♦ Способствуют разрастанию околоплодников;

♦ Обуславливают апикальное доминирование;

♦ Задерживают процесс старения;

♦ Играют главную роль в тропизмах и настиях;

♦ Ткани, обработанные ауксинами, аттрагируют питательные вещества.

♦ Способствуют росту пыльцевой трубки, плода.

Гетероауксин – выделен из культуры плесневых грибов, он усиливает корнеобразование, ускоряет пробуждение спящих почек, используется в сельском хозяйстве для укоренения черешков.

Рис. «Овсяная проба» для обнаружения ауксина

2. Цитокинины - первое вещество из этой группы гормонов было выделено и идентифицировано в 1955 г. как 6-фурфуриламинопурин.

Синтезируются цитокинины в апексе корней. Физиологический эффект:

♦ Индукция деления клеток, но только при наличии ауксинов;

♦ Предотвращение распада хлорофилла;

♦ Способствуют нормальному росту листьев и поддерживают его аттрагирующую способность;

♦ Способствуют морфогенезу корня и побега;

♦ Участвуют в регуляции старости.

3. Гиббереллины - э то тетрациклические дитерпеноиды. Впервые были обнаружены в культуральной жидкости гриба p. Gibberella в 1926 г. японскими учеными. Синтезируются в листьях и корнях. Физиологический эффект:

♦ Вызывают удлинение стебля, но не стимулируют рост корня;

♦ Стимулируют образование цветоноса и зацветание;

♦ Способствуют выведению семян и клубней из состояния покоя.

Формула гераниола – предшественника гиббереллинов.

Фитогормоны – ингибиторы:

1. Абсцизины - сесквитерпены, были выделены в 1961 г.

Синтезируются в листьях и корневом чехлике. Физиологический эффект:

♦ Тормозят рост растений

♦ Ингибируют прорастание семян, почек

♦ Стимулируют формирование отделительного слоя в основании черешка листа

♦ Участвуют в механизмах стресса

2. Этилен - о действии этилена на растение впервые было описано в 1901 г. Д.Н.Нелюбовым. В своих опытах на проростках гороха в Санкт-Петербургском университете Д. Н. Нелюбов показал, что газ этилен в чрезвычайно низких концентрациях нарушает нормальный рост растений. К 1930 был установлен широкий спектр влияний этилена на растения. В 1934 Р. Гейном (США) было окончательно доказано, что этилен синтезируется самим растением и регулирует многие важные физиологические реакции, т. е. отвечает всем критериям фитогормона.

Синтезируется в стареющих листьях и созревающих плодах. Физиологический эффект:

♦ Ингибирует удлинение проростков, рост листьев

♦ Вызывает задержку митозов

♦ Ускоряет созревание плодов, старение листьев.

Кроме фитогормонов, к регуляторам роста и развития растений относятся также некоторые негормональные соединения – фенольные кислоты, производные мочевины, отдельные витамины и др..

К ингибиторам, тормозящим рост и вызывающим гибель растений относятся гербициды. Химическая структура гербицидов различна, их делят на две группы:

1) сплошного действия – уничтожают все надземные и подземные части растений (сорняки);

2) избирательного действия – уничтожают растения выборочно – только двудольные – например крестоцветные, маревые, сложноцветные или только однодольные.

В настоящее время синтезируются различные физиологически активные вещества:

1. Дефолианты – органические и неорганические вещества, ускоряющие процессы созревания (бутифоз и хлорат магния);

2. Десиканты – это соединения различной химической природы, которые вызывают засыхание, опадение листьев.