Фитогормоны и их роль в развитии и размножении растений

     Гиббереллины обладают многообразным физиологическим действием, хотя получены карликовые мутанты растений, не образующие активные гиббереллины или не чувствительные к ним. Гиббереллины стимулируют линейный рост стебля, активируя как деление клеток меристематических зон, так и растяжение клеток. Они индуцируют образование цветоносов и цветение у многих розеточных длиннодневных растений. У клубненосных растений гиббереллины стимулируют рост столонов, но препятствуют образованию клубней. Важную роль гиббереллины играют при формировании плодов и семян; помимо этого, они активируют прорастание семян, клубней и луковиц. У многих однодомных и двудомных растений гиббереллины способствуют формированию мужских цветков. Гиббереллины задерживают старение листьев у ряда растений (одуванчик, щавель) и даже вызывают их «омоложение» (цитрусовые, плющ). На биохимическом уровне установлена способность гиббереллинов индуцировать экспрессию генов -амилазы и других гидролитических ферментов в алейроновом слое эндосперма при прорастании семян злаков. 
     Гиббереллины стимулируют удлинение клеток и таким образом обеспечивают рост растения в высоту. Стимулируют рост стебля, способствуют формированию плодов и семян, а также прорастанию семян, клубней и луковиц. Обработанные гиббереллинами карликовые формы растений невозможно отличить от нормальных, немутантных форм. Эти гормоны могут также ускорить и прорастание семян. 
     С помощью гиббереллина можно приостановить период покоя. Применение гиббереллина вызывает стрелкование и цветение растений без воздействия длинного дня, он может быть использован для быстрого получения семян у двулетников. Эти же фитогормоны стимулируют и рост пыльцевых трубок.

      Высокий уровень концентрации гиббереллинов способствует (в противоположность действию ауксинов) образованию мужских цветков. А вот развитию корневой системы гиббереллины не только не способствуют, а даже препятствуют: это надо иметь в виду.

    Гиббереллины широко  используют в практических целях,  обрабатывая растения экзогенными  гормонами либо управляя метаболизмом  эндогенных гиббереллинов. Действие  многих ретардантов — веществ,  тормозящих рост растений в  длину и предотвращающих таким  образом полегание зерновых —  хлорхолинхлорид, фосфон D, паклобутразол  и др., основано на блокировании  тех или иных стадий биосинтеза  гиббереллинов в растениях. Обработка  гиббереллинами способствует получению партенокарпических (бессемянных) плодов и стимулирует их рост у винограда, цитрусовых и груши. У цитрусовых, кроме того, обработка гиббереллинами предотвращает старение кожуры и удлиняет период плодоношения. Обработка гиббереллином снимает потребность в стратификации у тех семян, которые в ней нуждаются, и дает возможность получения второго урожая при летней посадке (в южных районах) семян и клубней. Гиббереллины применяют также для повышения выхода волокна у льна и конопли, при производстве солода, для увеличения вегетативной массы кормовых культур и других целей.

    3. РОЛЬ ФИТОГОРМОНОВ В РАЗВИТИИ И РАЗМНОЖЕНИИ РАСТЕНИЙ

    При промышленном размножении растений, фитогормоны нашли успешное применение для повышения коэффициента размножения сложных в размножении, а потому редких культур. Без них невозможно обойтись в промышленном цветоводстве. Сложность применения последних обуславливается высокой стоимостью и практически полным отсутствием препаратов в продаже. Часто можно встретить синтетические отечественные аналоги с низким содержанием производных гормонов в виде порошков и таблетированной формы. Как показала практика все эти «Атлеты», «Гибберсибы» и «ТУРы», практически не показывают нужных, эффективных результатов из-за низкого содержания действующего вещества в составе, а порой из-за несоответствия химических форм.

    На сегодняшний день известно 5 классов фитогормонов: ауксины, гибберелины, цитокенины, этилен и абцизовая кислота. Они обладают общими свойствами:1. накапливаются и функционируют в микроколичествах в растениях; 2. синтезируясь в одном органе, транспортируются в другие места, где оказывают своё действие; 3. каждый из них может оказывать своё действие, но ни один из них не может быть заменён другим например: Ауксины оказывают позитивное действие на корневой  аппарат но между тем угнетают надземные части растения, хотя и синтезируются растениями в апикальных почках.

Независимо от наличия фитогормонов в растении присутствуют негормональные вещества – ингибиторы (тормозители) фенольной и тепеноидной природы. Они воздействуют на рост в гораздо более высоких концентрациях, и тормозят рост либо благодаря инактивации (торможения) действия фитогормонов создают великолепный пышный габитус куста. Рассмотрим, что входит в группу органических и синтезированных фитопрепаратов:

    Ауксины - широкое применение находят при укоренении трудноукореняемых куьтур и при пересадке – делении маточных кустов растений, Органические ауксины выделяют из апикальных частей растения ( центральные ростовые почки) и производят синтезированные препараты анафтилуксусная кислота (НУК), в – индолилмаслянная кислота (ИМК) и др. Используют водные растворы, предварительно растворив определённое количество реактива в спирте. Можно применять смесь реактива с тальком в виде пудры и опудривая перед посадкой срез растения в порошке.  Ауксины, также используют при составлении питательных сред при размножении растений in-vitro (культурой ткани) или семенном размножении орхидей. В нашем хозяйстве, детки фаленопсисов, каттлей и гибридов ванд полученных от взрослых растений при посадке растений на сфагнум обрабатываются водным раствором (имеющиеся на детке корни) из расчёта 1гр/1л. На протяжении 3 – 6 часов. При размножении Bougainvillei мы опудриваем срезы черенков смесью реактива и древесного угля, затем высаживаем в крупнозернистый перлит и устанавливаем в мини-тепличку. При размножении черенками, используют водный раствор 1гр/1л. для замачивания в нём черенков на протяжении от 2 до 16 часов в зависимости от степени одревеснивания черенка – чем больше - тем дольше но не более 24 часов в слабом (половинная концентрация) растворе. Очень удобно смешивать реагент с фунгицидами, например с химически чистой серой, тогда, кроме активации корневых почек происходит подавление патогенной микрофлоры в области среза на черенке и в субстрате для укоренения.

    Гибберелины – стимулируют размножение, деление клеток и продольное растяжение последних. Основная особенность гибберелинов – усиливать вытягивание междоузлий побегов, цветоножек, черешков листьев, индуцировать рост побегов розеточных растений и карликовых форм. В нашем хозяйстве, проводились эксперименты по воздействию гибберелинов на сенполии поражённые паутинным клещом, когда вследствие поражения клеща растение загущалось и даже после применения акарицидов не меняло свой габитус (форму) куста. После двукратной обработки раствором гибберелина 1гр/1л, происходило вытягивание черешков листьев и некоторое вытягивание ствола растения, что существенно способствовало изменению габитуса в лучшую сторону. Растение принимало свой естественный вид и форму куста.

    Также гибберелины оказывают влияние на выраженность пола, способствуя увеличению количества мужских цветков; ускоряют прорастание семян, нарушают период покоя у многих видов растений, а также индуцируют цветение растений длинного дня при использовании короткого светового дня. Кроме того гибберелины входят в составы питательных сред Кнудсона и Мурасиге-Скуга при культуре ткани и посеве орхидей в колбы.

    При производстве цветочной продукции, воздействие гибберелинов на смену пола весьма существенное дополнение, так как практически все мужские типы соцветий имеют махровые цветы. И надо заметить, что при применении гибберелинов повышается насыщенность окраски цветов, за счёт накопления и удержания растениями фосфатов находящихся в свободной форме.

    Цитокинины – пожалуй, самый используемый фитогормон в практике цветоводческих хозяйств и частных коллекциях для повышения коэффициента размножения редких сортов и видов растений. Также он не заменим при размножении моноподиальных видов орхидей.

    Цитоккинины – кинетин, бензиламинопурин (БАП) используют для снижения апикального доминирования путём торможения верхушечного роста и получения более кустистых форм растений, для торможения старения листьев, но основным его преимуществом является способность кинетина на активное размножение клеток апикального происхождения и прерывание периода покоя многих растений. Цитокинины с успехом используют при размножении орхидей: если на спящие почки цветоносов фаленопсиса или туберидии каттлей нанести цитокининовую пасту слегка  уколов почку (для проникновения препарата в ткань) то спустя некоторое время из этих почек начинают, развивается вполне самостоятельные растения. Уместно применение такой пасты на спящих почках цветоносов сенполий для размножения химерных сортов этого растения. Клубни имеющие только одну точку роста и находящиеся в покое, например те же каладиумы алоказии или аморфофаллусы можно обработать цитокининовой пастой и получить до пяти-шести растущих почек (голландцы умудряются получать больше генеративных точек роста, что однако  плохо сказывается на дальнейшем развитии растения). Цитокинин, обязательно включают в состав питательных сред на равне с другими фитогормонами для активного разрастания меристемы, что обуславливает огромное количество исходного посадочного материала. Цитокинины обратно от гибберелинов влияют на половое доминирование, что позволяет получать на цветущих растениях типичный женский тип цветов, что незаменимо при селекционной работе, так как понижением махровости освобождается доступ к генеративным органам цветка.

    Для получения рабочего раствора применяют 10% щёлочи (NaOH) растворяя в них кинетин или бензиламинопурин. Также можно смешать реактив с лицитином в соотношении 1:1000 и затем полученную пасту, как и спиртовые растворы фитогормонов, хранят в холодильнике при температуре 0*С.

    При обработке спящих почек на орхидеях, последние предварительно освобождают от кроющих чешуй и чехлов. При использовании в питательных средах считается, что начальные стадии процесса деления клеток индуцируются ауксином, а затем необходимо присутствие обоих гормонов.

    В продажу препараты группы цитокининов поступают в виде жидкости под рабочим названием  «Атлет», представляющий из себя щелочной раствор бензиламинопурина, но как уже говорилось выше, все эти препараты являются малопригодными и не эффективными. Если Вы хотите проэксперементировать с фитогормонами, Вам лучше по интернету найти зарубежных (у нас они не производятся) производителей и заказать химически чистую, а не препаративную форму гормонов.

    Ретарданты – ингибиторы синтезированные регуляторы роста, подавляющие активность гибберелинов в растениях и поэтому тормозящие процессы роста. Наиболее известным препаратом этой группы, являются композан, хлорхолинхлорид или ССС, анцимидол.

    В промышленном цветоводстве их применяют для повышения декоративности растений. Замедляя рост центральных побегов, и способствуя развитию боковых, они изменяют габитус растений, делая их более компактными и пышными. Хлорхолинхлорид и другие вещества этой группы повышают содержание  хлорофилла в листьях, которые приобретают более тёмную зелёную окраску.  Такие ретарданты как хлорхолинхлорид увеличивают размер цветков и длительность их цветения. Ретарданты можно успешно применять для предотвращения вытягивания растений при недостатке света.

    Тормозя рост надземной части растений, ретарданты вместе с тем способствуют лучшему развитию подземных органов – корней, луковиц, клубней, что положительно сказывается на дальнейшем развитии растений. Для обработки растений применяют водные растворы ретардантов. В продаже подобие хлорхолинхлорида, можно встретить под рабочим названием «ТУР».

    Необходимо помнить, что растворы регуляторов роста следует готовить непосредственно перед обработкой, так как при длительном хранении они теряют активность. Это касается всех водных растворов регуляторов роста. Действующие вещества, смешанные со спиртом, щёлочью или лицитином (медицинским вазелином) хранят  в плотно закупоренной посуде в прохладном месте (холодильник). Следует избегать попадания на открытые участки кожи и раневые поверхности, так как кинетины, при попадании на раневую поверхность могут вызвать рост так называемого (дикого мяса) – неконтролируемое развитие раневого гранулята. Учитывая это, они запрещены к продаже в химически чистом виде. Кроме того на территории постсоветских государств препараты группы цитокининов и хлорхолинхлорида или композана не производятся, Ввиду всех этих факторов, рекомендую искать эти препараты по интернету за рубежом.

    Применяя все вышеперечисленные препараты, крайне рекомендую не злоупотреблять регуляторами роста в практике выращивания растений. Дозы любого препарата должны быть микроскопичны. Нужно учитывать тот момент, что попадая, на какую либо часть растения фитогормоны проникают в ткань растения и по сосудам, транспортируются по всему растению. Таким образом, можно так (накормить) растение гормонами, что потом несколько лет будет невозможным получение посадочного материала для репродукции.

   4.МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ ФИТОГОРМОНОВ

     Достижения молекулярной биологии и генетики позволили по новому подойти к исследованию механизма действия гормонов. Широко использовались модифицированные растения, как мутанты, так и трансгенные. Особенно большие успехи были достигнуты в изучении рецепции и трансдукции гормонов, а также их взаимодействия на транскрипционном уровне. Большинство ученых считают, что подобно гормонам животных первичной реакцией фитогормонов является взаимодействие с рецептором.

       Рецепторы — это молекулы белковой природы, которые распознают гормон, специфически связываются с ним, меняя свою конфигурацию с образованием гормон-рецепторного комплекса. Гормон-рецепторный комплекс передает гормональный сигнал, необходимый для «запуска» ответной физиологической реакции клетки. Рецепторы располагаются как на мембранах, так и в цитозоле. Один и тот же гормон может связываться с разными рецепторами, тем самым вызывая различные ответные физиологические реакции. Именно это является одной из причин многофункциональности в действии фитогормонов. Необходимо учитывать, что фитогормоны оказывают влияние только на восприимчивые к ним (компетентные) клетки. Одним из важнейших условий компетентности как раз и является наличие специфических рецепторов. Для идентификации белков-рецепторов с успехом используется генетический подход. Объектом наибольшего количества исследований служит крошечное растение сем. Крестоцветные Arabidopsis thaliana — арабидопсис (резушка Таля). Это связано с быстрым размножением этого растения, коротким жизненным циклом (около 6 недель) и изученностью его генома. Однако используются мутанты и трансгенные особи таких растений как кукуруза, табак, соя, томаты. Трудность этих исследований заключается в том, что, как правило, фитогормоны связываются со многими белками, но не все из них обладают рецепторными функциями, т. е. участвуют в дальнейшей передаче гормонального сигнала. Первый белок, обладающий рецепторной функцией, был обнаружен для ауксинов — AБП₁ — ауксинсвязывающий протеин.

      Предполагается, что этот протеин связан с гормоном при помощи иона металла. AБП₁ локализован на эндоплазматическом ретикулуме и частично на плазмалемме. Именно та часть белка, которая расположена на плазмалемме, служит для восприятия ауксинового сигнала. Белок, находящийся на ЭПР является запасным. После связывания ауксина с рецептором следует активирование группы факторов транскрипции, входящих в сигнальную цепь. Это вызывает транскрипцию ранних генов (гены первичного ответа). Ингибиторы белкового синтеза, такие как циклогексимид, не тормозят экспрессию ранних генов. Время для экспрессии ранних генов ограничено и колеблется от нескольких минут до часа. Исследования гормонов животных показали, что гены прямого ответа выполняют несколько задач, в том числе кодируют белки, регулирующие транскрипцию генов вторичного ответа (поздних генов). В 1996 г. Абель с сотрудниками идентифицировали 5 групп ранних ауксин-зависимых генов. Гены первой группы кодируют образование маленьких полипептидных цепочек молекулярной массой 19—36 кДа. Эти цепочки являются короткоживущими факторами, регулирующими транскрипцию, и служат репрессорами или активаторами для экспрессии поздних генов. Поздние гены кодируют белки, вызывающие физиологическую реакцию. Например, в случае ауксина фактор регуляции транскрипции вызывает экспрессию позднего гена, который кодирует протеазы и рибонуклеазы, участвующие в дифференциации клеток и образовании элементов ксилемы. Поиск рецепторов цитокининов в течение ряда лет осуществлялся в разных лабораториях. Мембранный рецептор цитокининов был выделен в 2001 г. Этому предшествовало обнаружение мутантов арабидопсиса, нечувствительных к цитокинину. Был выделен соответствующий ген и кодируемый этим геном белок-рецептор. Этот рецептор локализован в плазмалемме. Предполагается, что он принадлежит к классу бикомпонентных регуляторов. Один домен этого белка-рецептора, расположенный на внешней стороне мембраны, узнает и связывает цитокинин. Связывание приводит к фосфорилированию, и как следствие к изменению конфигурации и активации рецептора. Далее включается сигнальная цепь, представляющая каскад фосфорилирования, в конце которого фосфат переносится на факторы регуляции транскрипции генов. В настоящее время в арабидопсисе идентифицировано семь генов первичного ответа на цитокинины. Нельзя не отметить, что имеются данные о регуляции цитокининами синтеза белков не только на уровне транскрипции, но и независимым от транскрипции путем (О.Н. Кулаева, В.В. Кузнецов). Это может происходить за счет регуляции цитокининами фосфорилирования рибосомальных белков и белковых факторов трансляции.