Chất điều hòa tăng trưởng thực vật

Chia sẻ: Phung Hanh Hanh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:36

Thêm vào BST

Báo xấu

343
lượt xem 149
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chất điều hòa tăng trưởng thực vật

Giáo trình Chất điều hòa tăng trưởng thực vật 1
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 ...........................................28 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................35 2
Giới thiệu Trong đời sống thực vật, ngoài các chất hữu c ơ nh ư gluxit, protêin, lipit, axit nucleic... để cấu trúc nên tế bào, mô và cung cấp năng lượng cho các ho ạt đ ộng sống của chúng, thì còn có các chất có hoạt tính sinh lý nh ư vitamin, enzyme và các hormone, trong đó các hormone có một vai trò rất quan tr ọng trong vi ệc đi ều hòa qúa trình sinh trưởng phát triển và các hoạt đ ộng sinh lý c ủa th ực v ật. Các chất điều hòa sinh trưởng và phát triển của thực vật là nh ững ch ất có bản chất hóa học khác nhau, nhưng đều có tác d ụng đi ều ti ết các quá trình sinh trưởng, phát triển của cây từ lúc tế bào trứng th ụ tinh phát tri ển thành phôi cho đ ến khi cây ra hoa kết quả, hình thành cơ quan sinh s ản, c ơ quan d ự tr ữ và k ết thúc chu kỳ sống của mình. Các hormone thực vật (phytohormone) là nh ững ch ất h ữu cơ có bản chất hóa học rất khác nhau được tổng hợp với một l ượng r ất nh ỏ ở các cơ quan, bộ phận nhất định của cây và từ đó vận chuy ển đ ến t ất cả các c ơ quan, các bộ phận khác của cây để điều tiết các hoạt đ ộng sinh lý, các quá trình sinh trưởng, phát triển của cây và để đảm bảo mối quan h ệ hài hòa gi ữa các c ơ quan, bộ phận trong cơ thể. Bên cạnh các chất điều hoà sinh trưởng tự nhiên (được t ổng h ợp ở trong c ơ thể thực vật) còn có các chất do con người tổng hợp nên (g ọi là các chất đi ều hoà sinh trưởng nhân tạo). Ngày nay bằng con đường hoá học con người đã t ổng h ợp nên hàng lo ạt các chất khác nhau nhưng có hoạt tính sinh lý t ương t ự v ới các ch ất đi ều hòa sinh trưởng tự nhiên (phytohormone) để điều chỉnh quá trình sinh tr ưởng, phát tri ển c ủa cây trồng, nhằm tăng năng suất và phẩm chất của cây tr ồng. Các ch ất đi ều hoà sinh trưởng nhân tạo ngày càng phong phú và được ứng d ụng r ộng rãi trong s ản xuất nông nghiệp. Các chất điều hòa sinh trưởng, phát triển của th ực v ật đ ược chia thành hai nhóm có tác dụng đối kháng về sinh lý: các ch ất kích thích sinh tr ưởng (stimulator) và các chất ức chế sinh trưởng (inhibitor). 3
I. Các chất kích thích sinh trưởng thực vật Các chất kích thích sinh trưởng của thực vật là nh ững ch ất ở n ồng đ ộ sinh lý có tác dụng kích thích các quá trình sinh tr ưởng c ủa cây. Các ch ất kích thích sinh trưởng thực vật gồm có các nhóm chất: auxin, gibberellin, cytokinine. 1.1. Auxin 1.1.1. Nguồn gốc Năm 1880 Saclơ Ðacuyn (Darwin) đã phát hiện ra rằng ở bao lá m ầm c ủa cây họ hòa thảo rất nhạy cảm với ánh sáng. Nếu chi ếu sáng m ột chi ều thì gây quang hướng động, nhưng nếu che tối hoặc bỏ đỉnh ngọn thì hi ện t ượng trên không x ảy 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 hi ện ra indole-3- acetic acid (IAA) trong môi trường lên men. Thế nh ưng quá trình chi ết tách s ản phẩm tương tự trong các mô thực vật đã không thành công trong su ốt g ần 50 năm sau. Năm 1926, một sinh viên tốt nghiệp đại học t ại Hà Lan tên Fritz Went đã công bố báo cáo mô tả phương pháp phân lập chất kích thích tăng tr ưởng b ằng cách đ ặt những khối thạch trắng bên dưới đỉnh của lá bao mầm trong một th ời gian nh ất định sau đó lấy ra và đặt chúng vào thân cây khác đã b ị bấm ng ọn. Sau khi đ ặt các khối thạch đó, các thân cây bắt đầu tăng trưởng tr ở lại. Năm 1928, Went đã tri ển khai một phương pháp định lượng chất kích thích tăng trưởng th ực v ật này. Went thường được biết đến như người tiên phong sử dụng thuật ng ữ “auxin”, nh ưng th ật sự phải kể đến Kogl and Haagen-Smit. Họ là những ng ười đã tinh ch ế đ ược h ỗn hợp axít auxentriolic (auxin A) từ nước tiểu của người vào năm 1931. Sau đó, Kogl đã phân lập được những hỗn hợp khác t ừ nước tiểu có c ấu trúc và ch ức năng tương tự auxin A, trong đó có IAA. Auxin phổ biến nhất, axít indoleacetic acid (IAA), th ường đ ược hình thành g ần đỉnh tăng trưởng và sau đó đi xuống. Quá trình đó khi ến cho các lá non s ẽ m ọc dài hơn. IAA kích thích cây cối phát triển hướng theo ánh sáng và phát tri ển b ộ r ễ. Vào năm 1954, một hội đồng các nhà sinh lý h ọc th ực vật đã đ ược thành l ập để định danh cho các nhóm auxin. Thu ật ng ữ này xu ất phát t ừ ti ếng Hy L ạp, có nghĩa là “tăng trưởng”. Các hợp chất được gọi chung là auxin n ếu chúng t ổng h ợp trong các loại thực vật và là những chất chia sẻ những hoạt động tương t ự v ới IAA. 4
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: C 10H9O2N, tên của nó là axit β-indol-acetic. Auxin được tổng hợp ở tất cả các thực vật bậc cao, tảo, nấm và cả ở vi khuẩn. Ở thực vật bậc cao AIA được tổng hợp chủ yếu ở đỉnh chồi ngọn và t ừ đó được vận chuyển xuống dưới với vận tốc 0,5 - 1,5cm/h. Sự vận chuyển của auxin trong cây có tính chất phân c ực rất nghiêm ng ặt, tức là chỉ vận chuyển theo hướng gốc. Chính vì vậy mà càng xa đ ỉnh ng ọn, hàm lượng auxin càng giảm dần tạo nên một gradien n ồng đ ộ gi ảm d ần c ủa auxin t ừ đỉnh ngọn xuống gốc của cây. Ngoài đỉnh ngọn ra auxin còn đ ược t ổng h ợp ở các cơ quan còn non khác như lá non, quả non, phôi h ạt đang sinh tr ưởng, mô phân sinh tầng phát sinh. Quá trình t ổng hợp auxin x ảy ra th ường xuyên và m ạnh m ẽ ở trong cây dưới xúc tác của các enzyme đặc hi ệu. Axit β-Indol Axetic là lo ại auxin phổ biến trong cây, được tổng hợp từ tryptophan bằng con đ ường kh ử amin, cacboxyl và oxy hóa. Auxin được tổng hợp thường không ở dạng tự do, mà liên kết với một acid amin (acid aspartic ở Pisum, acid glutamic ở cây cà chua), hay glucid (AIA-glucoz, AIA-thioglucosid, AIA-inositol). Các dạng liên kết này không có ho ạt tính auxin nhưng dễ dàng phóng thích auxin theo con đ ường enzim (b ởi s ự thu ỷ gi ải ki ềm trong thực nghiệm), là các dạng dự trữ (không bị phá hu ỷ b ởi AIA-oxidaz) và v ận 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 thu ộc vào nồng độ và các sự hỗ tương qua lại của chúng với các chất đi ều hoà khác. M ột s ố hoạt động chính của auxin: 1.1.3.1. Hoạt động trong sự kéo dài tế bào Auxin kích thích mạnh sự kéo dài tế bào ở ng ọn ch ồi. S ự kéo dài t ế bào là một quá trình phức tạp, kết hợp nhiều hiện tượng: h ấp thu n ước; dãn dài vách v ới 5
sức trương; đặt các hợp chất mới của vách giữa các m ạng vi s ợi cellulos; sinh t ổng hợp protein và các chất khác. Vai trò của auxin là gây nên sự giảm pH c ủa thành t ế bào b ằng cách ho ạt hóa bơm proton ( H+) nằm trên màng ngoại chất. Khi có mặt của auxin thì b ơm proton hoạt động và bơm H+ vào thành tế bào làm giảm pH và ho ạt hóa enzyme xúc tác cắt đứt các cầu nối ngang của các polysaccarit. Enzyme tham gia vào quá trình này là pectinmetylesterase khi hoạt đ ộng s ẽ metyl hóa các nhóm cacboxyl và ngăn chặn cầu nối ion giữa nhóm cacboxyl với canxi đ ể t ạo nên pectat canxi, do đó mà các sợi cenlulose tách rời nhau. Ngoài ra, auxin cũng kích thích sự t ổng h ợp các mRNA – các ch ất ribosome tham gia vào sự tổng hợp các chất protein. 1.1.3.2. Hoạt động trong sự phân chia tế bào 6
 Kích thích sự phân chia tế bào tượng tầng Auxin kích thích rất mạnh sự phân chia tế bào t ượng t ầng (t ầng phát sinh libe - mộc), nhưng hầu như không tác động trên mô phân sinh s ơ c ấp. Nh ư v ậy, 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 nh ờ vào chất “histogene” ( là chất tạo ra nhi ều t ế bào gi ống nhau hoàn toàn). Đây là đ ặc tính tốt được áp dụng trong nuôi cấy tế bào.  Phân hoá mô dẫn Auxin kích thích phân chia của tượng tầng, đồng th ời giúp s ự phân hoá c ủa các mô dẫn (libe và mạch mộc). Auxin có kh ả năng c ảm ứng tr ực ti ếp s ự 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, ch ồi, qu ả)  Kích thích phát triển chồi Auxin (phối hợp với cytokinin) giúp sự tăng tr ưởng ch ồi non và kh ởi phát s ự tạo mô phân sinh ngọn chồi từ nhu mô. Tuy nhiên, ở n ổng đ ộ cao, auxin c ản s ự phát triển của phát thể chồi vừa thành lập hay ch ồi nách: các ch ồi bây gi ờ vào trạng thái tiềm sinh. Auxin gây hiện tượng ưu thế ngọn: Hiện tượng ưu th ế ng ọn là m ột hi ện tượng phổ biến ở trong cây. Khi chồi ngọn ho ặc r ễ chính sinh tr ưởng s ẽ ức ch ế sinh trưởng của chồi bên và rễ bên. Ðây là một sự ức chế tương quan vì khi lo ại trừ ưu thế ngọn bằng cách cắt chồi ngọn và rễ chính thì cành bên và r ễ bên đ ược giải phóng khỏi ức chế và lập tức sinh trưởng. Hiện t ượng này được gi ải thích r ằng 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 tr ưởng. Khi c ắt ng ọn chính, l ượng auxin tích luỹ trong chồi bên giảm sẽ kích thích chồi bên sinh tr ưởng.  Kích thích phát triển rễ Auxin ở nồng độ cao kích thích sự tạo sơ khởi rễ (phát thể non c ủa r ễ), nhưng cản sự tăng trưởng của các sơ khởi này. Đặc tính này đ ược ứng d ụng ph ổ biến trong giâm cành. Sự hình thành rễ ph ụ trong giâm cành có th ể chia làm 3 giai đoạn: giai đoạn đầu là phản phân hoá tế bào tr ước t ầng phát sinh, ti ếp theo là xu ất hiện mầm rễ và cuối cùng mầm rễ sinh trưởng thành rễ ph ụ ch ọc thủng v ỏ và ra 7
ngoài. Giai đoạn đầu cần hàm lượng auxin cao, giai đo ạn r ễ sinh tr ưởng c ần ít auxin và có khi không cần có auxin.  Kích thích sự hình thành, sự sinh trưởng của quả và tạo quả không h ạt Tế bào trứng sau khi thụ tinh tạo nên hợp t ử và sau phát tri ển thành phôi. Phôi hạt là nguồn tổng hợp auxin nội sinh quan tr ọng, khuy ếch tán vào b ầu và kích thích sự sinh trưởng của bầu để hình thành quả. Vì vậy quả chỉ được hình thành khi có sự thụ tinh. Nếu không có quá trình thụ tinh thì không hình thành phôi và hoa sẽ bị rụng. Việc xử lý auxin ngoại sinh cho hoa s ẽ thay th ế đ ược ngu ồn auxin n ội sinh vốn được hình thành trong phôi và do đó không c ần quá trình th ụ ph ấn th ụ tinh nhưng bầu vẫn lớn lên thành quả nhờ auxin ngoại sinh. Trong tr ường h ợp này quả không qua thụ tinh và do đó không có hạt.  Kìm hãm sự rụng lá, hoa, quả của cây, vì nó ức chế s ự hình thành t ầng r ời ở cuống lá, hoa, quả vốn được cảm ứng bởi các ch ất ứ chế sinh tr ưởng. Vì v ậy phun auxin ngoại sinh có thể giảm sự rụng lá, tăng s ự đ ậu qu ả và h ạn ch ế r ụng nụ, quả non làm tăng năng suất. Cây tổng h ợp đủ l ượng auxin s ẽ ức ch ế s ự r ụng hoa, quả, lá. Auxin được hình thành liên tục trong đỉnh sinh trưởng của thân và rễ cây... (Ảnh: www.nsf.gov) 8
1.1.4. Các chất auxin tổng hợp IAA tổng hợp được sử dụng trong nuôi cấy 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 So sánh quả trong tự nhiên (bên trái) với quả đã được xử lý bằng chất kích thích tăng thể trở nên hữu dụng bởi vì trong cây, IAA trưởng (bên phải). (Ảnh: www.plant- hormones.info ) (cùng với cytokinin) sau khi cảm ứng hình thành mô sẹo sẽ kích thích sự tạo chồi hoặc phôi khi hàm l ượng c ủa nó trong mô giảm dần. IAA thường được sử dung phối hợp với các chất đi ều hoà sinh tr ưởng khác để kích thích sự phát sinh hình thái tr ực ti ếp (s ự t ạo r ễ c ủa cành giâm in vitro) và trong nuôi cấy đỉnh sinh trưởng và chồi. Tuy nhiên, tuỳ theo m ục đích thí nghiệm mà người ta có thể sử dụng các hợp chất giống auxin khác đ ược t ổng h ợp và nó có những hoạt động hơi khác với auxin như: Trọng Nhiệt độ bảo quản Dạng Dạng Tên chất Viết tắt lượng Dung môi bột lỏng phân tử 3-Indoleacetic acid IAA 175.2 1N NaOH 0oC 0 oC 3-Indolebutyric acid IBA 203.2 1N NaOH 2-8oC 0 oC α-Naphthaleneacetic acid NAA 186.2 1N NaOH - 2-8oC 2,4-Dichlorophenoxyacetic 2,4-D 221.0 Water - 2-8oC acid 2,4,5-Trichlorophenoxyacetic 2,4,5-T 255.5 EtOH - 2-8oC acid p-Chlorophenoxyacetic acid 4-CPA 158.1 EtOH - 2-8oC 2-Methyl-4- MPCA - - - - chlorophenoxyacetic acid β-Naphthyloxyacetic acid NOA 202.2 1N NaOH - 2-8oC 3,6-Dichloro-2- Dicamba 186.6 - - - methoxybenzoic acid 4-Amino-3,5,6- Picloram 241.5 DMSO - 2-8oC trichloropicolinic acid Phenylacetic acid PAA 136.2 EtOH - 2-8oC o 2,3,5-Triiodobenzoic acid TIBA 499.8 1N NaOH 0C 0 oC 9
2,4-D thường được sử dụng phối hợp với cytokinin để cảm ứng t ạo mô s ẹo và huyền phù tế bào và nó sẽ được thay thế bởi IBA hay NAA đ ể kích thích s ự phát sinh hình thái. IBA và NAA là loại auxin thích h ợp trong nuôi c ấy ch ồi. 2,4,5-T hiếm khi được sử dụng trong nuôi cấy mô th ực vật, hầu nh ư ch ỉ đ ược sử dụng để cảm ứng sự tạo mô sẹo và sự phát sinh gián tiếp của cây m ột lá m ầm như Avena, Oryza, và Panicum. Heyser và cộng sự (1983) nhận thấy ở Triticum aestivum, một số thứ tạo được mô sẹo có khả năng sinh phôi v ới 2,4-D, m ột s ố khác chỉ tạo mô sẹo với 2,4,5-T. Dicamba thường có hiệu quả trong sự tạo mô sẹo có khả năng sinh phôi ở nhóm cây một lá mầm. Picloram thường được sử dụng để cảm ứng và duy trì mô s ẹo hoặc huy ền phù tế bào của các loại cây lá rộng hoặc để cảm ứng sự t ạo mô s ẹo có kh ả năng 10
sinh phôi. Picloram có hiệu quả đối với biên đ ộ các ki ểu di truy ền r ộng h ơn. Ch ỉ trong một số rất ít trường hợp cá biệt, loại auxin này được dùng trong nuôi c ấy đ ỉnh sinh trưởng và nuôi cấy nốt đon thân và được dùng v ới n ồng đ ộ r ất th ấp (0.012 ÷ 0.4 μM) 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. T ừ những nghiên cứu bệnh lý “bệnh lúa von” do loài nấm 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 nghi ệm gây “b ệnh von” nhân t ạo cho lúa và ngô. Yabuta (1934-1938) đã tách được hai chất dưới dạng tinh thể t ừ n ấm lúa von gọi là gibberellin A và B nhưng chưa xác định được bản chất hóa h ọc c ủa chúng. Năm 1955 hai nhóm nghiên cứu của Anh và Mỹ đã phát hiện ra axit gibberellic ở cây lúa bị bệnh lúa von và xác định được công thức hóa học của nó là C19H22O6. Năm 1956, West, Phiney, Radley đã tách được gibberellin từ các thực vật bậc cao và xác đ ịnh r ằng đây là phytohormone t ồn tại trong các bộ phận của cây. Hiện nay người ta đã phát hiện ra trên 50 lo ại gibberellin và ký hiệu A1, A2, A3,... A52. Trong đó gibberellin A3 (GA3) là axit gibberellic có tác dụng sinh lý mạnh nhất. Ng ười ta đã tìm đ ược gibberellin ở nhi ều nguồn khác nhau như ở các loại nấm, ở thực vật bậc thấp và thực vật bậc cao. 11
1.2.2. Sinh tổng hợp Gibberelin là những terpenoid, được cấu t ạo t ừ 4 đ ơn v ị isopren (C 5): CH2=C(CH3)-CH=CH2. Các đơn vị này ít nhiều bị biến đổi trong phân t ử gibberelin. Theo lý thuyết, các gibberelin có 20C, nhưng nhi ều ch ất ch ỉ còn 19C (do m ột –CH 3 bị oxi hoá thành –COOH, và nhóm này được khử carboxyl). Acid mevalonic (C6), có nguồn gốc từ acetyl CoA trong con đ ường hô hấp, là chất khởi đầu của các sinh tổng hợp terpenoid. T ừ acid mevalonic, các isopren được thành lập và kết hợp nhau qua nhiều giai đoạn đ ể cho kauren (C 20), sản phẩm chuyên biệt đầu tiên trong con đ ường sinh t ổng h ợp giberelin. M ọi ch ất có hoạt tính giberelin đều có nhân giberelan, kh ởi đ ầu là GA 12-aldehyd. Tóm lại, các giai đoạn chính của con đường sinh t ổng h ợp các gibberelin là: Acetil CoA  acid mevalonic  Kauren  GA12-aldehid  các GA  …Trong số các gibberelin, GA1 là chất chính kích thích sự kéo dài thân ở thực vật. GA 3 ít gặp ở thực vật, nhưng là chất có hoạt tính trong các sinh trắc nghi ệm, và đ ược xem nh ư chất chuẩn cho các gibberelin. 12
Gibberellin được tổng hợp trong phôi đang sinh trưởng, trong các c ơ quan đang sinh trưởng khác như lá non, rễ non, quả non... và trong t ế bào thì đ ược t ổng hợp mạnh ở trong lục lạp. Gibberellin vận chuyển không phân c ực, có th ể h ướng ngọn và hướng gốc tùy nơi sử dụng. Gibberellin được vận chuy ển trong h ệ th ống mạch dẫn với vận tốc từ 5- 25 mm trong 12 giờ. Gibberellin ở trong cây cũng t ồn tại ở dạng tự do và dạng liên kết như auxin, chúng có th ể liên k ết v ới glucose và protêin. Gibberelin liên kết với các chất đường: nhi ều gibberelin-glycosid đ ược tìm thấy ở thực vật, nhất là trong các hột. Khi các gibberelin được áp d ụng vào th ực vật, một phần gibberelin thường bị glycosyl hoá; ng ược 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 ( v ừa m ới đ ược t ổng h ợp nhờ celluloz synthetaz) trong vách tế bào, h ướng đ ặt này l ại do h ướng đ ặt c ủa các vi ống ở ngoại vi tế bào quyết định. Gibberelin cảm ứng s ự đ ặt 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 s ự đ ặt các vi ống chưa được biết. Gibberelin hạ thấp nồng độ Ca2+ trong vách ( có lẽ bằng cách kích thích sự hấp thu ion này vào trong tế bào), và do đó giúp s ự kéo dãn vách, vì Ca 2+ cản sự kéo dãn vách ở dicot (không cản ở monocot). Trong ho ạt đ ộng này, vách t ế bào không bị acid hoá bởi giberelin ( khác với hoạt đ ộng nhanh c ủa auxin). Gibberelin cản hoạt động của các peroxidaz vách t ế bào, do đó làm ch ậm sự hoá cứng của vách, hiện tượng do sự tạo lignin d ưới tác d ụng c ủa các peroxidaz.  Sự kéo dài của thân Hiệu quả sinh lý rõ rệt nhất của gibberellin là kích thích m ạnh m ẽ s ự sinh trưởng kéo dài của thân, sự vươn dài của lóng. Hi ệu qu ả này có đ ược là do c ủa gibberellin kích thích mạnh lên pha giãn của tế bào theo chi ều d ọc. Vì v ậy khi x ử lý của gibberellin cho cây đã làm tăng nhanh s ự sinh tr ưởng dinh d ưỡng nên làm tăng 13
sinh khối của cây. Dưới tác động của gibberellin làm cho thân cây tăng chi ều cao rất mạnh (đậu xanh, đậu tương thành dây leo, cây đay cao g ấp 2-3 l ần). Nó không những kích thích sự sinh trưởng mà còn thúc đẩy sự phân chia t ế bào.  Sự kéo dài lóng và tăng trưởng lá Kích thích sự kéo dài lóng, vừa do sự kéo dài v ừa do s ự phân chia t ế bào thân, là đặc tính nổi bật của gibberelin. Gibberelin kích thích m ạnh s ự phân chia t ế bào nhu mô vỏ và biểu bì. Xử lý gibberelin làm tăng năng su ất mía cây và đ ường (do kích thích sự kéo dài lóng). Giberelin liều cao (hay phối hợp với citokinin) kích thích m ạnh s ự tăng trưởng lá (diện tích có thể gấp đôi bình thường nh ư ở Trèfle, Radis). Trên lá y ến mạch hay diệp tiêu lúa, giberelin chỉ có vai trò làm tăng hi ệu ứng auxin.  Sự nảy mầm, nảy chồi Gibberellin kích thích sự nảy mầm, nảy chồi của các mầm ng ủ, c ủa h ạt và củ, do đó nó có tác dụng trong việc phá b ỏ tr ạng thái ng ủ ngh ỉ c ủa chúng. Hàm lượng gibberellin thường tăng lên lúc chồi cây, c ủ, căn hành h ết th ời kỳ ngh ỉ, lúc hạt nảy mầm.Trong trường hợp này của gibberellin kích thích s ự t ổng h ợp c ủa 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 ti ến quá trình phân h ủy tinh bột thành đường cũng như phân hủy các polime thành monome khác, t ạo đi ều ki ện về nguyên liệu và năng lượng cho quá trình n ảy mầm. Trên c ơ s ở đó, n ếu x ử lý gibberellin ngoại sinh thì có thể phá bỏ trạng thái ng ủ ngh ỉ c ủa h ạt, c ủ, căn hành kể cả trạng thái nghỉ sâu.  Sự ra hoa, quả Trong nhiều trường hợp của gibberellin kích thích s ự ra hoa rõ r ệt. Ảnh hưởng đặc trưng của sự ra hoa của gibberellin là kích thích s ự sinh tr ưởng kéo dài và nhanh chóng của cụm hoa. Gibberellin kích thích cây ngày dài ra hoa trong đi ều kiện ngày ngắn (Lang, 1956). Gibberellin ảnh hưởng đến sự phân hóa giới tính c ủa hoa, ức ch ế s ự phát triển hoa cái và kích thích sự phát triển hoa đực. 14
Gibberellin có tác dụng giống auxin là làm tăng kích th ước c ủa qu ả và t ạo quả không hạt. Hiệu quả này càng rõ rệt khi phối hợp tác d ụng v ới auxin. 1.2.4. Các chất kháng-gibberelin Vài chất làm chậm tăng trưởng, được dùng để t ạo cây lùn, là các ch ất kháng- gibberelin. Thí dụ: CCC (Chlorocholine chloride, tr ọng l ượng phân t ử: 158.1), Amo- 1618 và phosfon cản sự tổng hợp kauren; paclobutrazol ( tên th ương m ại: Bonzi) cản giai đoạn sau kauren, Acid abcisic không cản chuyên bi ệt s ự t ổng h ợp 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 t ế bào th ực v ật. Năm 1955 Miller và Skoog phát hiện và chiết xuất t ừ tinh d ịch cá thu m ột h ợp ch ất có khả năng kích thích sự phân chia t ế bào rất mạnh m ẽ trong nuôi c ấy mô g ọi là kinetin (6-furfurryl-aminopurin: C10H9N5O). Letham và Miller (1963) lần đầu tiên đã tách được cytokinin t ự nhiên ở d ạng kết tinh từ hạt ngô gọi là zeatin và có ho ạt tính t ương t ự kinetin. Sau đó ng ười ta đã phát hiện cytokinin có ở trong tất cả các loại thực vật khác nhau và là m ột nhóm phytohormone quan trọng ở trong cây. Trong các lo ại cytokinin thì 3 lo ại sau đây là phổ biến nhất: Kinetin (6- furfuryl- aminopurin), 6-benzin- aminopurin và zeatin t ự 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 d ừa giúp s ự phân chia c ủa t ế bào thân đã phân hoá (sự tạo mô sẹo). Người ta tìm cách xác đ ịnh b ản ch ất 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) Sau zeatin, hơn 30 cytokinin khác nhau được cô l ập. Ngày nay, ng ười ta g ọi cytokinin để chỉ một nhóm chất thiên nhiên hay nhân t ạo, có đ ặc tính sinh lý gi ống nước dừa hay kinetin. 1.3.2. Cấu trúc và sinh tổng hợp 15
Zeatin tự do ở dạng trans trong phần lớn thực vật, mặc dù cả 2 d ạng cis và trans đều có hoạt tính của cytokinin. Nhi ều chất t ổng h ợp có ho ạt tính cytokini, chúng đều là các aminopurin được thay thế ở vị trí 6, thí d ụ benzylaminopurin (benzyl adenin, viết tắt BAP hay BA) là chất đ ược dùng trong nông nghi ệp. Ngo ại lệ, vài dẫn xuất diphenilurê có hoạt tính cytokinin nhưng yếu. Chuỗi ngang của các cytokinin thiên nhiên có liên h ệ v ề m ặt hoá h ọc v ới cao su, carotenoid, gibberelin, axit abcisic, và vài h ợp ch ất bảo v ệ th ực v ật g ọi là phytoalexin. Tất cả các hợp chất này, ít ra là một phần, được thành lập bởi các đ ơn vị isopren có nguồn gốc từ tiền chất acid mevalonic. Ở th ực vật, cytokinin synthaz là enzym xúc tác sự liên kết giữa chuỗi bên và adenosin monophosphat (AMP). Mô phân sinh ngọn rễ là nơi tổng hợp ch ủ yếu các cytokinin t ự do cho c ả c ơ thể thực vật. Từ rễ, cytokinin di chuyển trong mạch m ộc đ ể t ới ch ồi. Tuy nhiên, các chồi ( cà chua) và phôi cũng là nơi tổng hợp cytokinin. Khác với mô phân sinh ngọn chồi, phôi b ị tách kh ỏi cây vẫn ti ếp t ục tăng trưởng và phát triển bình thường trên môi trường thi ếu hormon. Ng ười ta không bi ết chính xác khi nào phôi tự lập về cytokinin, tuy nhiên, có l ẽ phôi quá non ( không có 16
khả năng tổng hợp cytokinin) dùng cytokinin hi ện diện ở hàm l ượng cao trong phôi nhũ. Phân tử tRNA (tham gia trong sự tổng hợp protein trong cytosol hay trong di ệp 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 ho ạt đ ộng nh ư cytokinin khi tRNA b ị thuỷ giải (theo con đường enzym troong tế bào). Nh ư vậy, tRNA c ủa th ực v ật (và hầu như của mọi sinh vật từ vi khuẩn đến con người) chứa zeatin, mặc dù ở d ạng đồng phân cis thay vì trans như các cytokinin t ự do. 1.3.3. Các loại cytokinin  Các loại cytokinin tự nhiên: ngày nay, người ta cho r ằng kinetin không ph ải là chất tự nhiên mà nó được tạo thành do sự tái sắp xếp lại cấu trúc c ủa m ột ch ất khác (Hecht, 1980), có ít nhất hai loại cytokinin t ự nhiên có c ấu trúc t ương t ự nh ư cấu trúc của kinetin đã được xác định, đó là nhg ững h ợp ch ất t ự do hay nh ững h ợp chất có gắn với nhóm glucoside hoặc riboside (Entsch và c ộng s ự, 1980). Hai lo ại cytokinin thường được sử dụng trong nuôi cấy mô là: Zeatin: 4-hydroxy-3-methyl-trans-2-butenylaminopurine, ho ặc 6-(4-hydro-3- methylbut-2-enyl)-aminopurine hoặc 2-methyl-4(-1H-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.  Các loại cytokinin tổng hợp: các loại cytokinie t ự nhiên nh ư 2-iP và zeatin ít được sử dụng trong các thí nghiệm vì giá thành cao. M ột s ố h ợp ch ất t ổng h ợp thuộc nhóm cytokinin thường được sử dụng trong công tác nuôi cấy là: Kinetin: 6-furfurylaminopurine hoặc N-(2-furanylmethyl)-1H-purine-6-amine 17
BAP (BA): 6-benzylaminopurine hoặc benzyladenine . TDZ: 1-phenyl-3(1,2,3 thiadiazol-5-yl)  Trọng lượng phân tử của một số cytokinin: Trọng Nhiệt độ bảo quản Viết Dạng Dạng Tên chất lượng Dung môi tắt bột lỏng phân tử Adenine ADE 135.1 1.0 HCI - 2-8oC 6-Benzylaminopurine BAP 225.3 1N NaOH - 2-8oC o Zeatin ZEA 219.2 1N NaOH 0C 0 oC 18
6-(3-methyl-2- 2-iP 203.2 1N NaOH 0oC 0 oC butenylamino)purine Kinetin KIN 215.2 1N NaOH 0oC 0 oC 1-phenyl-3(1,2,3 thiadiazol-5-yl) TDZ 220.2 DMSO - 2-8oC 1,3-Diphenylurea DPU 212.3 DMSO - 2-8oC 1.3.4. Tính chất sinh lý của cytokinin Tính chất đặc trưng của xytokinin là kích thích sự phân chia tế bào mạnh mẽ. Vì vậy người ta xem chúng như là các chất hoạt hóa s ự phân chia t ế bào, nguyên nhân là do xytokinin hoạt hóa mạnh mẽ quá trình t ổng h ợp axit nucleic và protein dẫn đến kích sự phân chia tế bào. Cytokinin ảnh hưởng rõ rệt lên sự hình thành và phân hóa c ơ quan c ủa th ực vật, đặc biệt là sự phân hóa chồi. Người ta đã ch ứng minh r ằng s ự cân b ằng gi ữa tỷ lệ auxin (phân hóa rễ) và Cytokinin (phân hóa ch ồi) có ý nghĩa r ất quy ết đ ịnh trong quá trình phát sinh hình thái của mô nuôi c ấy in vitro cũng nh ư trên cây nguyên vẹn. Nếu tỷ lệ auxin cao hơn cytokinin thì kích thích s ự ra r ễ, còn t ỷ l ệ cytokinin cao hơn auxin thì kích thích ra chồi. Ð ể tăng h ệ s ố nhân gi ống, ng ười ta thường tăng nồng độ cytokinin trong môi trường nuôi cấy ở giai đo ạn t ạo ch ồi. Ở trong cây rễ là cơ quan tổng hợp cytokinin chủ yếu nên r ễ phát tri ển m ạnh thì hình thành nhiều cytokinin và kích thích chồi trên mặt đất cũng hình thành nhi ều. Cytokinin kìm hãm quá trình già hóa của các cơ quan và c ủa cây nguyên v ẹn. Nếu như lá tách rời được xử lý cytokinin thì duy trì đ ược hàm lượng protein và chlorophin trong thời gian lâu hơn và lá tồn t ại màu xanh lâu h ơn. Hi ệu qu ả kìm hãm sự già hóa, kéo dài tuổi thọ của các cơ quan có th ể ch ứng minh khi cành dâm ra rễ thì rễ tổng hợp cytokinin nội sinh và kéo dài th ời gian s ống c ủa lá lâu h ơn. Hàm lượng cytokinin nhiều làm cho lá xanh lâu do nó tăng quá trình v ận chuy ển chất dinh dưỡng về nuôi lá. Trên cây nguyên v ẹn khi b ộ r ễ sinh tr ưởng t ốt thì làm cho cây trẻ và sinh trưởng mạnh, nếu bộ rễ bị t ổn thương thì c ơ quan trên m ặt đ ất chóng già. Cytokinin trong một số trường hợp ảnh hưởng lên sự nảy mầm của h ạt và của củ. Vì vậy nếu xử lý cytokinin có thể phá b ỏ trạng thái ng ủ ngh ỉ c ủa h ạt, c ủ và chồi ngủ. 19
Ngoài ra cytokinin còn có mối quan hệ tương tác v ới auxin, cytokinin làm y ếu hiện tượng ưu thế ngọn, làm phân cành nhi ều. Cytokinin còn ảnh h ưởng lên các quá trình trao đổi chất như quá trình tổng hợp axit nucleic, protein, chlorophin và vì vậy ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý của cây. II. Các chất ức chế sinh trưởng thực vật: Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây được đ ảm bảo b ởi hai tác nhân có tác dụng sinh lý đối lập nhau là tác nhân kích thích và tác nhân ức ch ế. S ự cân bằng giữa các chất kích thích sinh trưởng và các ch ất ức chế sinh tr ưởng có ý nghĩa quan trọng trong việc điều hoà sự sinh tr ưởng, phát tri ển c ủa cây. L ần đ ầu tiên Lucuyn (Luckwil, 1952) đã tách được auxin và ch ất ức ch ế sinh tr ưởng b ằng phương pháp sắc ký trên giấy. Ngày nay ng ười ta đã phát hi ện ra nhi ều ch ất ức chế sinh trưởng được hình thành trong cây và được gọi là các ch ất ức chế sinh trưởng tự nhiên. Các chất ức chế sinh trưởng tự nhiên phân b ổ r ộng r ải trong các bộ phận của cây. Người ta phát hiện chúng không nh ững ở trong các c ơ quan dinh dưỡng như thân, lá, chồi, rễ mà còn trong các c ơ quan sinh s ản nh ư h ạt, c ủ, qu ả... đặc biệt khi các cơ quan này ở trạng thái ngủ nghỉ. Ðặc tính chung của các chất ức chế sinh trưởng tự nhiên là tích lũy nhi ều trong các mô, các cơ quan ở thời kỳ ngủ ngh ỉ. Ức chế s ự l ớn lên c ủa t ế bào, ức chế sự nẩy mầm của hạt, sự sinh trưởng của chồi. Kìm hãm sự ho ạt đ ộng c ủa các chất kích thích sinh trưởng. Căn cứ vào bản chất hóa học và tác dụng sinh lý ng ười ta chia các ch ất ức chế sinh trưởng tự nhiên thành ba nhóm: Nhóm các chất có b ản ch ất tecpenôit mà đại diện là axit absxisic (AAB), etylen và nhóm các chất có bản chất phênol. II.1. Axit abscisic (ABA) 2.1.1. Sự phát hiện Năm 1961, hai nhà khoa học người Mỹ Liu và Carn đã tách đ ược m ột ch ất dưới dạng tinh thể từ quả bông già và khi xử lý cho cuống lá bông non đã gây ra hiện tượng rụng và gọi chất đó là Abscisic I. 20