13. Các loại hoocmon thực vật và vai trò của chúng - langtu (done)

5.4.2. Các loại hoocmon thực vật và vai trò của chúng

a) Auxin (AIA)

- Có 3 dạng auxin chính: auxin a, auxin b, và heteroauxin.

Tất cả thực vật bậc cao, thực vật bậc thấp và một số vi khuẩn đều có AIA. Cây dứa có hàm lượng auxin cao: 6mg/1kg tươi. Auxin được tổng hợp trước hết ở mô phân sinh, ở lá và lá mầm. Mô dự trữ của hạt và hạt phấn có rất nhiều auxin. Đặc biệt auxin có rất nhiều ở bao lá mầm cây hoà thảo. Từ 10.000 bao lá mầm của lúa tiểu mạch có thể chiết xuất 1mg auxin.

AIA được tổng hợp chủ yếu ở đỉnh chồi ngọn và từ đó vận chuyển xuống dưới tốc độ 5 - 15mm/giờ. Sự vận chuyển có tính phân cực nghiêm ngặt, tức là vận chuyển hướng gốc. Chính vì vậy mà càng xa ngọn hàm lượng auxin càng giảm dần tạo nên một gradien nồng độ giảm dần từ đỉnh ngọn xuống gốc cây. Các lá non, phôi hạt, tượng tầng cũng có tính chất tương tự. Sự tổng hợp auxin từ triptophan diễn ra thường xuyên và được xúc tác bởi hàng loạt enzym.

- Sự phân giải auxin cũng là quá trình quan trọng để điều chỉnh lượng auxin có trong cây. Sau khi tác động sinh trưởng, auxin có thể bị phân giải thành dạng không có hoạt tính, hay trong trường hợp dư thừa hàm lượng auxin cao có thể phân giải (do AIA oxydaza) biến đổi thành metilen oxyt không có hoạt tính. Quá trình này diễn ra rất mạnh, đặc biệt ở rễ. Auxin có thể mất hoạt tính do quá trình quang oxy hóa.

Trong cây, auxin có thể ở dạng tự do khi hoạt động, hoặc ở dạng liên kết khi không hoạt động. AIA liên kết trong cây chủ yếu với gluxit (tạo nên indolaxetil-inositol) hoặc liên kết với axit amin (ví dụ như AIA - aspartat, AIA - glyxin; AIA - alanin). Vai trò của AIA liên kết là dự trữ để làm giàu lượng AIA trong cây, tránh tác dụng của AIA oxydaza, tham gia một phần vào dạng vận chuyển.

- Cơ chế tác động của auxin: Tính chất tác động đối lập của auxin là phụ thuộc vào nồng độ. Nếu nồng độ quá ngưỡng thì nó có tác dụng ức chế sinh trưởng. Giải thích hiện tượng này là do sự liên kết giữa auxin với một hệ thống enzym (hay một chất nhận nào đó). Nhiều phân tử auxin liên kết lên một chất nhận, có sự cạnh tranh với các điểm tiếp cận, do đó các phân tử auxin tự ức chế tác động kích thích của nhau.

Đối với các bộ phận của cây cũng như các giai đoạn phát triển của cây, việc thử nghiệm để tìm nồng độ tối thích cho hoạt tính của auxin có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn sản xuất.

Cơ chế tác dụng của auxin rất phức tạp, cần phải tìm hiểu kỹ để có thể ứng dụng có kết quả trong công nghệ sinh học cây trồng: auxin có ảnh hưởng to lớn đến các tính chất vật lý như ngưỡng nhiệt ngưng tụ, độ nhớt của protein, thúc đẩy tốc độ hút nước và chất khoáng. Auxin có tác động rõ rệt đốì với quá trình hô hấp và trao đổi năng lượng (xử lý auxin với nồng độ từ 5 - 10-5M, sau 15 - 30 phút hàm lượng ATP trong thân tăng lên gấp 2 lần). Auxin còn có ảnh hưởng đến trao đổi axit nucleic. Auxin có tác dụng nhiều mặt lên quá trình sinh trưởng của tế bào, hoạt động của tầng phát sinh, sự hình thành rễ, hiện tượng ưu thế ngọn, tính hướng của cơ quan, sự ra hoa, tạo quả và hình thành quả không hạt.

+ Tác động sinh lý của auxin kích thích sự trương giãn của tế bào, đặc biệt theo chiều ngang, làm tế bào lớn lên: AIA gây ra sự giảm độ pH trong thành tế bào, hoạt hóa enzym phân giải các polysaccarit, làm cho liên kết giữa các sợi xenluloz lỏng lẻo và làm cho thành tế bào giãn ra dưới tác dụng áp suất thẩm thấu của không bào trung tâm.

Ngoài ra auxin cũng kích thích sự tổng hợp các hợp phần cấu trúc, thành tế bào (xenluloz, pectin, hemixenluloz...).

Sinh trưởng của tế bào và mô được kích thích trong điều kiện pH thấp (pH = 5), ta gọi đó là hiện tượng “sinh trưởng axit". Chính ion H+ đã hoạt hóa enzym phân giải các cầu nối ngang polysaccarit giữa các sợi xenluloz với nhau làm cho các sợi xenluloz tách rời nhau và dễ trượt lên nhau. Dưới ảnh hưởng của sức trương tế bào do không bào hút nước vào mà các sợi xenluloz đã mất liên kết, trượt lên nhau làm cho thành tế bào giãn ra. Vai trò auxin là gây nên sự giảm pH của thành tế bào bằng cách hoạt hóa bơm proton (H+) nằm trên màng sinh chất; khi có AIA, bơm proton chuyển H+ từ trong tế bào vào thành tế bào (độ pH từ 6 - 7 giảm xuống 4).

Để tế bào sinh trưởng được thì song song với sự giãn thành tế bào còn xảy ra sự tổng hợp mới các cấu trúc tế bào. Người ta cho rằng chính auxin có vai trò hoạt hóa gen để tổng hợp nên các enzym cần thiết cho sự tổng hợp các hợp phần đó.

+ Auxin có tác động đến tính hướng động (hướng quang và hướng đất)

Bằng sử dụng nguyên tử đánh dấu đã cho biết AIA được phân bố nhiều hơn ở phần khuất ánh sáng cũng như phần dưới của cơ quan nằm ngang, gây nên sự sinh trưởng không đều ở hai phía của cơ quan. Có 2 nguyên nhân:

• Khi bị kích thích, sự vận chuyển phân cực của auxin bị ức chế.

• Có sự tồn tại một điện thế trong cơ quan đó: auxin trong cây thường bị ion hóa, do đó sự phân bố điện dương nhiều hơn.

+ Auxin gây hiện tượng ưu thế ngọn:

Hiện tượng ưu thế ngọn là hiện tượng phổ biến trong cây. Khi chồi ngọn và rễ chính sinh trưởng sẽ ức chế sinh trưởng của chồi bên và rễ phụ và ngược lại. Đó là do lượng AIA được hình thành trên ngọn cao hơn và được vận chuyển xuống dưới. Trên con đường đi xuống, nó đã ức chế sinh trưởng chồi bên. Nếu cắt đỉnh ngọn tức là làm giảm hàm lượng auxin nội sinh sẽ kích thích chồi bên sinh trưởng. Tác dụng của xytokinin ngược lại (làm yếu ưu thế ngọn) kích thích chồi bên sinh trưởng. Do đó mức độ của ưu thế ngọn phụ thuộc về tỷ lệ giữa auxin/xytokinin. Càng gần chồi ngọn, tỷ lệ này càng cao và ưu thế chồi ngọn càng mạnh mẽ.

+ Auxin kích thích sự ra rễ:

Tác động hình thành rễ, đặc biệt là rễ phụ, hiệu quả của auxin khá đặc trưng (giâm cành, chiết cành). Thường gồm 3 giai đoạn:

• Phân hóa tế bào ở vùng tầng phát sinh.

• Xuất hiện mầm rễ.

• Mầm rễ phát triển thành rễ phụ, xuyên qua vỏ ra ngoài rễ.

Sự phân hóa tế bào cần lượng auxin khá cao. Đó là lượng auxin nội sinh và auxin bổ sung từ bên ngoài. Kỹ thuật nuôi cấy mô và nhân giống vô tính cần thiết bổ sung auxin với một liều lượng thích hợp nhằm kích thích sự đâm rễ (AIB và ANA ở nồng độ 4000 - 6000ppm ngâm 3 - 5 giây; với nồng độ 50 - 100ppm ngâm cành chiết khoảng 24 giờ).

+ Auxin kích thích sự hình thành quả và tạo quả không hạt.

Phôi hạt (phát triển từ hợp tử) là nơi tổng hợp auxin sẽ khuếch tán vào bầu nhuỵ và kích thích bầu nhụy lớn lên thành quả. Quả chỉ được hình thành khi có sự thụ tinh. Bổ sung thêm auxin cho hoa dùng 2,4D: 5 - 10ppm, ANA: 20 - 30ppm, 4 CPA: 15ppm cho cà chua làm tăng hoặc thay thế lượng auxin nội sinh trong phôi do đó có thể không cần quá trình thụ phấn, thụ tinh mà bầu vẫn lớn lên và tạo thành quả. Đó là lý do để giải thích quả không qua thụ tinh và không có hạt.

+ Auxin kích thích sự chuyển động của chất nguyên sinh, làm tăng sự di chuyển chất nguyên sinh trong trao đổi chất, kích thích các quá trình sinh tổng hợp và ức chế sự phân giải hợp chất cacbon sẽ thúc đẩy các quá trình sinh lý (quang hợp, hô hấp, hấp thụ và vận chuyển nước, muối khoáng và chất hữu cơ trong cây).

+ Auxin kìm hãm sự rụng lá, hoa, quả. Auxin ức chế sự hình thành tầng rời ỏw cuống lá, hoa, quả là nơi khá nhạy cảm với các chất ức chế sinh trưởng. Phun auxin lên lá, hoa, quả (phun a ANA: 10ppm cho nho; 20ppm cho táo hay 2,4D 8 - 16ppm cho nụ hoa nho) sẽ tránh được sự rụng sớm lá, hoa và quả non, tạo cho năng suất được ổn định và nâng cao.

b) Giberelin

Giberelin là nhóm phytohoocmon được phát hiện sau auxin khi nghiên cứu “bệnh lúa von” do nấm gây bệnh Gibberella fujikuroi, được Kurosawa (Nhật Bản) phân lập từ 1926 và Yabuta (1934). Axit giberelic ở lúa von có công thức hóa học C19H22O6 gọi là Giberelin A3 có hoạt tính mạnh nhất.

Ngày nay đã có trên 50 loại giberelin GA1( GA2... GA52. GA được tổng hợp trong phôi đang sinh trưởng, trong các cơ quan đang sinh trưởng (lá non, rễ non, quả non). Từ 100.000 búp non cây hướng dương có thể thu 1mg GA3. GA vận chuyển không phân cực như auxin. Tốc độ vận chuyển qua nhu mô đạt từ 5 - 20mm/giờ, tương đương với vận chuyển chất đồng hóa khác. Sự vận chuyển cần tiêu tốn năng lượng. Mạch libe là con đường vận chuyển chính của giberelin và auxin từ lá xuống. Trong tế bào thì lục lạp là bào quan tổng hợp GA mạnh nhất.

GA được tổng hợp từ geranyl - geraniol (20C) tới mevalônat, qua một số phản ứng mà chất trung gian quan trọng nhất là axit kaurenic, cơ sở của sự tổng hợp giberelin, với enzym và ATP, NADPH2 là sản phẩm sẵn có trong lục lạp.

GA trong cây cũng có dạng tự do và liên kết với glucoz và protein. Khác với auxin, GA khá bền vững và khả năng phân giải rất ít.

- Cơ chế tổng hợp và tác động của GA:

GA được tổng hợp vào ngày thứ hai của sự nảy mầm ở phôi hạt. GA được giải thoát từ phôi, khuếch tán qua nội nhũ tới lớp alơron để kích thích sự hình thành và giải phóng enzym thủy phân trong alơron. Sau đó enzym được khuếch tán vào nội nhũ để thuỷ phân các chất đa phân tử thành đơn phân tử kích thích sự nảy mầm của phôi. Các tế bào alơron là tế bào sống không phân chia, có chức năng đặc trưng là hình thành và giải phóng các enzym tiêu hóa khốĩ nội nhũ của hạt.

GA cảm ứng hoạt hóa gen mã hóa cho enzym a - amilaza và các enzym thủy phân khác. Ngoài tác dụng hoạt hóa gen, GA còn kích thích các enzym xâm nhập vào nội nhũ. Chính nhờ tác dụng mở gen mà GA có vai trò quan trọng trong sự phân chia tế bào, sự kéo dài tế bào, sự phân hóa hoa (chất florigen là hoocmon kích thích ra hoa là tập hợp giberelin và antezin).

GA làm tế bào kéo dài, lớn lên - liên quan với cơ chế hoạt động của bơm proton và giãn nở của thành tế bào (như auxin).

- Hiệu quả sinh lý của giberelin:

Giberelin với nồng độ thích hợp (thường là 10-6M/l) có tác dụng sinh lý nhiều mặt: Kích thích sự phân chia và kéo dài tế bào, kích thích ra hoa, tạo quả. Đặc biệt làm cây cao vóng lên rõ rệt. Tuy nhiên giberelin và auxin có hoạt tính khác nhau. Chẳng hạn GA không ảnh hưởng đến sự rụng lá, rụng quả, sự rũ xuống của cành bên, nhưng lại kích thích kéo dài thân và kích thích sự ra hoa.

+ GA kích thích thân mọc cao, dài là hiệu quả sinh học rõ rệt nhất làm thân mọc cao, dài ra, các lóng (ở họ hoà thảo) vươn dài ra: phun GA 10 - 100ppm, 3 lần 2 - 4 tuần/1 lần làm cho mía dài dóng ra, sản lượng đường tăng 20 - 30%). Đó là do GA có tác động lên tế bào theo chiều dọc, làm tăng nhanh sự sinh trưởng dinh dưỡng, tăng sinh khối của cây (với nồng độ 20 - 50ppm). Tăng hiệu suất xơ và chất lượng sợi ở cây đay, cây lanh; ở nho phun nồng độ 5 - 40ppm, tùy giống - năng suất tăng gấp 2 lần.

+ GA có tác động rõ rệt đối với các đột biến lùn: Các đột biến lùn ở đậu, ngô... (có chiều cao chỉ bằng 20% chiều cao cây bình thường) là các đột biến đơn giản dần đến có khi thiếu một vài gen chịu trách nhiệm cho tổng hợp GA, do đó ở các đột biến này hàm lượng GA rất ít hay không có. Bổ sung lượng GA cần thiết làm cho cây phát triển có độ cao bình thường. Hiệu quả sinh lý này rất nhạy cảm, nên được dùng để xác định xem lượng GA có trong cây nhiều, ít, hay không có (biện pháp thử nghiệm).

+ GA kích thích sự nảy mầm của hạt, củ và thân ngầm:

• GA phá vỡ trạng thái ngủ nghỉ. Trong trường hợp này GA đã kích thích sự tổng hợp và hoạt tính amilaza và enzym thủy phân như proteaza, v.v...

• GA đã phân giải tinh bột thành đường, tạo nguyên liệu và năng lượng cho quá trình nảy mầm. Thêm 1 - 3mg GA/1kg đại mạch làm cho hạt nảy mầm sớm hơn 1 - 2 ngày (dùng trong sản xuất bia).

• Xử lý GA thúc đẩy enzym xenlulaza, hemixenlulaza phá vỡ trạng thái nghỉ, ngủ của hạt, củ, căn hành (dùng cho hạt đào, mận, mầm khoai tây): phun GA 2ppm kết hợp xông hơi có thể làm khoai tây sau thu hoạch đạt tỷ lệ nảy mầm lớn hơn 90% trong 5 - 7 ngày.

+ GA kích thích ra hoa và tạo quả sớm, quả không hạt. Thuyết hoocmon ra hoa (florigen), có mặt giberelin GA kích thích sự ra hoa của cây dài ngày có thể ra hoa trong điều kiện ngày ngắn, làm tăng hiệu quả xuân hóa, biến cây 2 năm thành 1 năm. GA kết hợp với t° thấp (4 - 10°C) phá sự ngủ nghỉ, kích thích ra hoa sớm cho xà lát, su hào, cải lấy hạt. GA có tác động đến cơ quan giới tính: ức chế sự phát triển hoa cái và kích thích sự phát triển hoa đực.

Trong sự sinh trưởng của quả, GA có vai trò như auxin, làm tăng kích thước quả, tạo quả không hạt (nho dùng GA3 5 - 20ppm, táo: 400ppm). Hiệu quả rõ rệt khi phối hợp GA với auxin (ở táo dùng 250ppm GA3 + 10ppm auxin). (Giberelin có tác động làm cho tổng hợp auxin được tăng cường, hạn chế sự phân giải auxin). Phun 1 - 20ppm GA lên nụ hoa, quả non để phòng hoa, quả không rụng.

+ GA tác động tới các quá trình trao đổi chất: như quang hợp, hô hấp trao đổi nitơ và photpho, trao đổi axit nucleic, hoạt tính enzym a - amilaza, proteaza, enzym thủy phân (đặc biệt là b - amilaza trong sản xuất bia, bánh kẹo).

GA ảnh hưởng tới thành phần hóa học, số lượng và kích thước quả, hạt (xử lý GA làm tăng lượng đường trong quả nho).

GA thúc đẩy sự sinh trưởng cây gỗ non và tạo thành cành mới.

Trong công nghệ sinh học cây trồng, để cho tác động của GA lên sinh trưởng và phát triển của cây phát huy hết hiệu quả, ngoài việc sử dụng đúng liều lượng thích hợp thì cần cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng cho cây.

c) Xytokinin

Là hoocmon có tác động kích thích sự phân chia tế bào. Năm 1963 Letham và Miller tách chiết được xytokinin đầu tiên ở hạt ngô và đặt tên là zeatin. Về sau xytokinin được phát hiện ở hầu hết các mô và cơ quan thực vật. Trong “sữa phôi” của phôi một số loài cây (dừa) chứa 1,3 - diphenylure thuộc xytokinin. Các cơ quan non (chồi, lá non, quả non), tầng phát sinh, mô sẹo, hạt và quả cũng chứa xytokinin, trong 10ml dịch cây nho chứa 0,5 - 1,0ul xytokinin. Đầu chóp rễ chính và rễ phụ, là trung tâm tổng hợp xytokinin, từ đó nó được vận chuyển lên phía trên theo mạch gỗ với dòng thoát hơi nước. Các chất xytokinin nhân tạo phun lên lá di chuyển khó khăn hơn vì không vận chuyển theo mô mềm. Tuy nhiên cũng có sự vận chuyển hướng gốc. Trong cây xytokinin ở dạng tự do hay liên kết và bị phân giải bởi các enzym.

- Cấu trúc: Phần lớn xytokinin là dẫn xuất của adenin.

Xytokinin mất hoạt tính do việc hình thành glucozit; liên kết 6 - amino bị tách ra, tiếp theo bằng phản ứng oxy hóa, hoặc chuyển hóa gốc adenin gây nên sự mất hoạt tính. Sự thay thế ở vòng adenin làm biến đổi hoạt tính sinh học, nhưng có 200 dẫn xuất của ure như clorophenyl phenylure có hoạt tính mạnh như xytokinin.

- Cơ chê tác động. Xytokinin tác động kích thích quá trình phân chia tế bào, kích thích hình thành cơ quan mới, ngăn chặn sự hóa già của cây ở mức độ phân tử và tế bào.

Xytokinin kiểm tra sự tổng hợp protein từ giai đoạn dịch mã, vì vậy khi thiếu xytokinin thì tế bào không phân chia được mặc dầu ADN có thể được tiếp tục tổng hợp nhưng quá trình tổng hợp protein không xảy ra.

Xytokinin ngăn chặn sự hóa già có liên quan đến khả năng ngăn chặn sự phân huỷ protein, axit nucleic và diệp lục.

- Hiệu quả sinh lý của xytokinin:

+ Các chức năng khác nhau ở mức độ tế bào:

Xytokinin kích thích sự phân chia tế bào với sự hiện diện của auxin. Nó thúc đẩy sự lớn lên của tế bào nhưng khác auxin, nó thúc đẩy sự tổng hợp protein.

+ Vai trò của xytokinin ở mức độ cơ thể:

• Xytokinin kích thích sự tạo mới các chồi và loại bỏ kìm hãm sự ngủ của chồi, trong khi đó hạn chế sự phát triển của rễ.

• Thúc đẩy sự phá thời kỳ ngủ của các hạt (rau diếp, thuốc lá, cỏ chĩa ba) và một số mầm (nho) làm cho sự nảy mầm được dễ dàng.

• Xúc tiến sự phát triển các chùm hoa ở một số loài cây trong điều kiện quang chu kỳ không thuận lợi.

• Xytokinin và ethrel, kích thích (ở nồng độ 50 - 750ppm) sự hình thành hoa cái.

• Kích thích sự chuyển hóa các tiền lạp thể thành lục lạp, làm chậm sự phân huỷ diệp lục, làm chậm sự hóa già của lá.

+ Xytokinin tác động tới sinh trưởng tế bào:

Xytokinin cần thiết cho sự phân chia của tất cả tế bào thực vật.

• Các mô của cây một lá mầm, cây hạt trần và các cây họ dương xỉ rất khó trồng nhưng cho thêm sữa dừa hay kinetin sẽ làm cho tế bào kéo dài, phát triển và tăng kích thước.

• Tác động của xytokinin tới sự phân chia tế bào còn quan sát được ở vi khuẩn (Escherichia coli) và nguyên sinh động vật.

• Tác động của xytokinin thấy rõ ở 2 giai đoạn phân chia tế bào: xytokinin làm tăng hàm lượng ADN và giai đoạn phân chia thành 2 tế bào mới.

Xytokinin có thể làm tăng kích thước của tế bào. Ở rễ và thân, các xytokinin kìm hãm sự kéo dài theo chiều dọc nhưng kích thích sự mở rộng kích thước theo chiều ngang và bề dày của cơ quan các loại cải củ.

Xytokinin kích thích sự tổng hợp protein, tham dự vào ARN, bảo đảm cho sự gắn các axit amin vào chuỗi polypeptit.

+ Xytokinin kích thích tạo thành cơ quan mới:

Trên những đoạn thân cây thuốc lá trong môi trường nuôi cấy mô, hiệu quả ức chế của AIA 5.10-8g/ml (hay 1,4.10-7M) đối với sự tạo chồi mới có thể được cân bằng nếu thêm adenin với nồng độ cao (7,5.10-5g/ml). Kích thích tạo thành rễ mới khi sử dụng liều lượng cân bằng giữa auxin và xytokinin (2.0-6g/ml AIA và 2.10-8g/ml kinetin). Đối với sự tạo chồi mới thì tỷ lệ trên là đối vớí xytokinin và auxin. Người ta thấy một sự đối kháng giữa auxin là hoocmon tạo rễ và xytokinin là hoocmon quy định tạo cành mới. Người ta xác định một tỷ lệ 10-6g/ml kinetin và 3.10-8g/ml auxin cho một sự tạo cành mới (tỷ lệ 35 và 1 đối với 2 chất); nếu dùng adenin thì sử dụng tỷ lệ 1500 và 1. Tác động của xytokinin đối với sự tạo rễ mới, nói chung là ức chế, trừ trường hợp sử dụng với nồng độ thấp thì có tác động dương tính một cách gián tiếp qua sự phân bào và sự phân hóa tế bào.

d) Các chất ức chế sinh trưởng (inhibitors)

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, hai nhân tố đối lập kích thích và kìm hãm đồng thời tác động bảo đảm tính cân bằng, điều hoà sự trao đổi chất và các quá trình sinh lý ở thực vật diễn ra bình thường. Thuộc về các chất ức chế sự sinh trưởng có: axit absixic, etilen, các hợp chất phenol, các chất gây ức chế, chất diệt cỏ.

- Axit absixic (AAB, ABA, còn được gọi là chất gây ngủ, hoocmon của tai nạn):

Năm 1953, Osborne tìm thấy chất làm rụng lá (absixin) sau đó do tác động làm ngủ, nghỉ các chồi nên đặt tên là chất gây ngủ (dormin). Năm 1968, Addicott đặt tên là axit absixic. Nó được tách chiết từ cơ quan đang ngủ nghỉ hay sắp rụng ở nhiều thực vật bậc cao, dương xỉ, rêu, mộc tặc, lá và quả bông, ...

+ Đặc điểm:

AAB được sinh tổng hợp bắt nguồn từ nhiều phần tận cùng terpenoit của phân tử carotenoit, đặc biệt là violaxantin. Sinh tổng hợp AAB tiến hành một cách nhanh chóng khi cây và lá gặp nạn (hạn, úng, đói chất dinh dưỡng, bị bệnh hay bị tổn thương, v.v...). Sự tăng nhanh hàm lượng AAB có liên quan đến sự tạo mới AAB một phần là do sự chuyển đổi từ dạng liên kết thành dạng tự do.

Cơ chế của tác động AAB được giải thích là: trong lúc tế bào ở trạng thái ngủ, nghỉ thì các hoạt động tổng hợp axit nucleic (ADN), protein và enzym bị ức chế. Khi xử lý GA (là chất đối kháng với AAB) hay xử lý bằng nhiệt độ thấp, làm cho lượng GA nội sinh tăng lên sẽ giảm tác động ức chế của AAB lên hệ thống đó, quá trình sinh trưởng và phát triển do đó mà được tiếp diễn. Tác động của AAB lên quá trình sinh trưởng là:

• Làm biến đổi điện thế màng tế bào, điều tiết sự vận chuyển ion K+ qua màng, liên quan đến sự đóng mở của khí khổng. Khí khổng đóng khi lượng AAB nhiều.

• Ức chế sự tổng hợp ARN đo đó ức chế tổng hợp protein. Hiệu quả này ngược lại với hiệu quả hoạt hóa gen của GA và các hoocmon khác.

+ Vai trò sinh lý của axit absixic:

AAB là một chất ức chế mạnh mẽ sinh trưởng, nhưng với nồng độ cao không gây độc cho cây.

• Vai trò chủ yếu là kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển. Đó là chất đốì nghịch với GA, làm chậm sinh trưởng của cành, của các lóng làm chúng không dài lên được.

AAB gây nên trạng thái ngủ của chồi (ở cây lá rụng, cây họ cam quýt, khoai tây, begonia), của hạt (rau diếp, hoà thảo, rau cần).

AAB là một trong các chất kìm hãm thấm vào chóp rễ, tham gia vào các hoạt động hướng đất của rễ.

Ở các cây ngày ngắn, lượng AAB cao là dấu hiệu gây nên sự ngủ của các phần vỏ hạt hay sự ngủ của chồi vào mùa thu, nó kích thích sự tạo củ cây ngày ngắn.

• AAB làm lỗ khí đóng (với nồng độ 10-7M sau 3 phút xử lý). Trong trường hợp thiếu nước, chỉ sau vài phút mất nước, hàm lượng của AAB tăng lên một cách nhạy cảm, gấp đến 40 lần trị số ban đầu sau 4 giờ. Nếu lá lại có nước, lượng AAB hạ thấp xuống trị số khởi đầu.

AAB là hoocmon có vai trò điều chỉnh sự đóng mở lỗ khí khổng, có liên quan tới sự vận động nhanh chóng của ion K+.

AAB hoạt hóa kênh K+ làm mất K+ nên sức trương nước của tế bào giảm, làm khí khổng đóng lại.

• AAB được xem là hoocmon thích ứng với tai nạn, khi cây phải chống lại các điều kiện bất lợi như hạn hán, thời tiết xấu, lỗ khí đóng, rụng lá, cơ quan đi vào cuộc sống tiềm ẩn (ngủ, nghỉ). Ví dụ: Cây phải biến đổi tăng nhanh hàm lượng AAB để thích ứng với điều kiện thiếu nước của môi trường đó (lỗ khí đóng lại, giảm sự thoát hơi nước).

• AAB được xem là một phytohoocmon của sự hóa già. Mức độ hóa già của cơ quan và của cây gắn liền với sự tăng hàm lượng AAB. Khi hình thành cơ quan sinh sản và cơ quan dự trữ cũng là giai đoạn tổng hợp và tích luỹ AAB nhiều nhất và tóc độ hóa già cũng tăng theo.

- Etilen (CH2 = CH2):

+ Tính chất:

• Là một loại phytohoocmon ở dạng khí, có tác động kích thích sự chín của quả (hoocmon của sự chín), nó có trong tất cả các mô của cây với một số lượng nhỏ. Do tác dụng làm rụng lá, hoa nên etilen được xếp vào chất kìm hãm sinh trưởng.

Etilen có nhiều ở quả đang chuẩn bị chín, mô bị bệnh, mô đang hóa già,v.v... Metionin là chất tiền thân củaetilen; ở quả xanh không có sự chuyển đổi này.

Đốì vói C2H4, nồng độ 0,01 là có tác động sinh lý. Một nửa của tác động tối đa là 0,1ppm; nồng độ bão hoà 10ppm. Đối với propylen có tác động kìm hãm 100 lần kém thua (đối với thân đậu) và 500 lần kém thua (đối với lá chồi búp cà chua) so với etilen.

• Sự sản sinh etilen trong thực vật diễn ra rất phổ biến:

Ở quả táo, lê, đào, chuối, dưa hấu trong quá trình chín, một lượng lớn C2H4 thoát ra, trừ cam quýt. Lượng thoát ra từ 0,001 - 0,5 mol/kg/giờ nghĩa là chừng 0,03 - 15mg/kg/ngày. (1 lít CH2 = CH2 có khối lượng là 1,25g). Sự thoát etilen mạnh khi chín và sau đó giảm sút.

Sự thoát etilen tăng theo nhiệt độ tớí 20°C như hầu hết ở các hiện tượng sinh lý. Nó sút kém dần ở hạt nảy mầm (rau diếp, hạt hoà thảo) và ở hành tỏi, ở hoa (hoa lan, hoa dâu tây) và ở lá già.

Auxin và 2,4D, axit naptalen axetic kích thích rõ rệt sự thải etilen. Các va chạm, cắt, gãy thúc đẩy và làm tăng nhanh sự sinh thoát etilen (các mảnh cắt khoai tây, chuối, dưa hấu) sự xếp chồng dưa hấu; va chạm và ngay cả khi không va chạm (cam, quýt).

+ Vai trò sinh lý của etilen: Với nồng độ 0,01 - 10ppm trong không khí, các tác dụng sinh lý của etilen nhiều mặt.

• Làm tăng nhanh quá trình chín ở quả. Các quả táo chín ương thúc đẩy sự chín của chuối khi để cạnh nhau. Muốn cho quả chín chậm (bảo quản có tính thương mại), tức hạn chế lượng C2H4 thải ra bằng cách nhặt riêng các quả chín, hay hạ thấp nhiệt độ và giảm độ thoáng khi bảo quản.

Dùng ethrel (sản sinh ra etilen) 500 - 5000ppm phun cho quả trước thu hoạch 4 tuần lễ sẽ làm cho quả chín đồng loạt trước 2 tuần. Dùng với nồng độ 500 - 1000ppm, ethrel kích thích chín của các loại quả. Muốn kích thích sự ra hoa, tạo quả trái vụ ngoài các auxin hay dùng (2,4D, a ANA: 5 - 25ppm) phun lên quả, còn dùng đất đèn (CaC2) thả trên nón dứa, khi gặp mưa đất đèn giải phóng C2H4 làm quả chín đồng loạt, ý nghĩa kinh tế khá cao, có thể tăng thêm vụ. Ethrel và b - hydroxyetilhydrazin là các sản phẩm dùng kích thích sự ra hoa trái vụ. Ethrel và xytokinin kích thích sự hình thành hoa cái. Với nồng độ 50 - 250ppm phun trên bầu bí, hoa cái xuất hiện khá phổ biến. Lai ỏ F1 giữa bầu bí phun GA (cho toàn hoa đực) với bầu bí chỉ mang hoa cái, cho các hạt lai tốt.

• Làm rụng lá, quả do etilen: Etilen là hoocmon chín nên gây rụng. Khi lá già hàm lượng etilen tăng cao, trong khi đó auxin (kìm hãm sự rụng lá) thì hạ thấp xuống. Etilen chỉ kìm hãm sự phân bào ở vùng có tầng rời, kích thích sự tổng hợp của enzym xenlulaza và pectinaza, làm tăng sự già của tế bào. Vì vậy sự rụng lá, quả lệ thuộc vào tỷ lệ auxin/etilen. Nếu tỷ lệ này thấp thì gây rụng; ngược lại tỷ lệ cao ngăn ngừa chống rụng. Muốn chống rụng phun thêm auxin cho hoa quả.

• Ức chế pha kéo dài của tế bào (đặc biệt ở rễ): Sự phát triển của mầm khoai tây bị kìm hãm bởi etilen. Trong quá trình chín của quả (táo, lê) etilen sản sinh ra sẽ làm chậm sự sinh trưởng của mầm các thân củ.

• Trong nhiều trường hợp, etilen kích thích sự xuất hiện rễ phụ ở cành giâm (xử lý kết hợp auxin và etilen cho kết quả cao hơn xử lý riêng rẽ), ức chế sự phát triển chồi bên, tham dự vào sự vận chuyển phân cực của auxin, can dự vào tính hướng đất của cây: etilen làm chậm vận động quay về phía đất của cơ quan nằm ngang, kích thích sự sinh trưởng ở mặt trên của cơ quan đó. Ta gọi đó là “tính hướng đất kép” (cây đậu, chồi non: lá quay xuống phía dưới) dùng để xác định lượng etilen trong cây.

• Etilen có tác động đánh thức sự ngủ của một số hạt, kích thích sự ra hoa của cây ngày ngắn.

Xác định vai trò sinh lý của etilen cho thấy: trong quá trình chín của quả, tính thấm của màng tế bào trong thịt quả thay đổi dẫn đến sự giải thoát các enzym mới có liên quan đến hô hấp, biến đổi pH, độ mềm của thành tế bào, v.v... gây nên hiệu quả quan trọng kích thích sự tổng hợp của enzym, tham gia vào quá trình chín của quả (thay đổi sản phẩm, mùi, vị, v.v...). Về tác dụng tương hỗ giữa etilen và auxin, người ta cho rằng auxin đã kích thích sự hình thành etilen trong các bộ phận của cây. Auxin chỉ có vai trò kích thích khi ở nồng độ thấp, còn ở nồng độ cao nó lại gây ức chế. Auxin bản thân nó không gây ức chế trực tiếp mà tạo điều kiện cho etilen tổng hợp mạnh trong mô, để etilen gây ra hiệu quả ức chế sinh trưởng. Trong trường hợp etilen kích thích sự rụng lá, quả là do nó kích thích sự tổng hợp enzym xenlulaza phân huỷ thành tế bào.

e) Các phytocrom

- Cấu trúc và đặc tính của phytocrom:

Phytocrom là một cromoprotein có khối lượng phân tử 120.000 - 240.000 dalton với một cấu trúc chất nhị trùng hợp (dimer). Hàm lượng trong cây thường rất thấp 10-10 - 10-8 M.

Có mặt ở thực vật có màu xanh (ở nấm không có). Trong cây nó có ở mô phân sinh đang ở thời kỳ sinh trưởng mạnh, cũng có ở thân và ở rễ.

Ở cây Hai lá mầm (ví dụ ở thân đậu non, phytocrom có ở chồi mầm và ở vùng uốn cong của trụ trên lá mầm.

Ở cây Một lá mầm có ở gần chóp bao lá mầm của các cây úa vàng (lúa mỳ, đại mạch, ngô) ở đó hàm lượng cao hơn cả, hay ở các mắt của cuống lá.

Phytocrom là một sắc tố - enzym của quang chu kỳ, tồn tại trong tối ở 2 dạng P660 và P730. Hai dạng này có thể chuyển đổi cho nhau tùy điều kiện nhiệt độ và chiếu sáng.

- Chức năng của phytocrom:

Phytocrom có vai trò nhiều mặt tới sinh trưởng và ra hoa, sự nảy mầm, sự tổng hợp diệp lục và sắc tố, chuyển động của lá và lục lạp, các tiến triển của nhiều hoạt động sinh lý khác.

+ Tác động lên sự ra hoa và sinh trưởng:

• Sự ra hoa có liên quan với nhiều vai trò của hoạt tính nhanh nhạy của phytocrom và những biến đổi tính nhạy cảm của cây đối với ánh sáng theo thời gian. Nó kìm hãm sự tạo hoa của cây ngày ngắn.

• Chức năng của phytocrom còn thể hiện rõ rệt ở cây ngày dài hay cây ngày ngắn.

Đối với cây ngày ngắn: Một sự chiếu sáng đỏ làm gián đoạn giai đoạn tối, sẽ kìm hãm sự ra hoa. Đó chính là P730 chất kìm hãm.

Đối với cây ngày dài: P730 có tác động kích thích sự ra hoa vào thời gian tối (nếu thời gian tối không quá dài) và thời gian sáng (nếu thời gian sáng không quá dài).

• Phytocrom có tác động đến sinh trưởng của thân: Quan sát rõ ở cây úa vàng. Cây xanh cần thiết thu nhận trong 24 giờ một thời gian sáng để thực hiện quang hợp (gọi là giai đoạn dinh dưỡng ánh sáng) và một thời gian tối. Như vậy là phytocrom có tác động vào thời gian sáng và cả thời gian tối. Bắt đầu thời gian tối, nếu chiếu lâu ánh sáng đỏ xa sẽ kích thích mạnh sự kéo dài các lóng. Nếu thiếu ánh sáng đỏ xa, cây sẽ úa vàng, thân kéo dài, lá bé, nghèo diệp lục.

Ánh sáng đỏ (có tác dụng ngược với ánh sáng đỏ xa) kìm hãm sự sinh trưởng phôi của hoà (hay hoa) thảo, của trụ dưới lá mầm của mù tạc và lóng của cây mầm.

Phytocrom kích thích sinh trưởng lá mầm và lá non cây hai lá mầm (nhưng kìm hãm lá cây một lá mầm).

+ Tác động của phytocrom tới sự nảy mầm:

Các hạt giống nhạy cảm với ánh sáng chịu sự kiểm soát của phytocrom. Sự chuyển hóa từ P660 --> P730 đã kích thích sự thức dậy của hạt nảy mầm. Nó đòi hỏi một ít năng lượng và ít nước và có thể thực hiện trên hạt “khô”, tức là trước lúc hạt trương phồng.

• Một số hạt trung tính vớí ánh sáng (cà chua, dưa chuột, v.v...), nhiệt độ nâng cao (t° = 30°C) có thể gây nên nhu cầu về ánh sáng. Thêm một vài chất ức chế (như cumarin) hay ánh sáng đỏ xa sẽ kìm hãm sự nảy mầm.

• Những hạt bị ánh sáng kìm hãm sự nảy mầm, ánh sáng đỏ xa có thể làm cho hạt nảy mầm trong tối; ánh sáng đỏ đã tác động sự hình thành mạnh mẽ ánh sáng đỏ xa gây nên sự ngủ thứ cấp.

Tác động của ánh sáng đỏ xa có thể đo được, sau 1 giờ để hạt trong tối, đã làm cho tỷ lệ 80% hạt nảy mầm (nếu để 4 giờ trong tối).

• Dung dịch giberelin 5, 10 hay 20ug/l kích thích sự nảy mầm của các quả bế rau diếp, ngay cả trong tối, hiệu quả tỷ lệ với liều lượng sử dụng, tác dụng phối hợp giữa P730 và giberelin 5ug/l cho biết kết quả tốt theo thời gian chiếu P730.

Kết quả cho thấy tác động phối hợp và tác động thúc đẩy của P730 và giberelin, sau 1 giờ để trong tối (độ nảy mầm được 71% so với 15% đối chứng).

• Tác động quang kìm hãm sự nảy mầm trong khi chiếu sáng lâu:

Sự nảy mầm có thể bị kìm hãm khi chiếu sáng lâu với ánh sáng đỏ xa và xanh.

Khi ngâm nước một cách đầy đủ, tác động kìm hãm hạt nảy mầm của P730 có một trạng thái mới. Chỉ ở pha ngâm nước thì hạt nảy mầm mới bị kìm hãm bởi ánh sáng. Trong điều kiện chiếu sáng lâu bằng tia đỏ xa (hay xanh) hàm lượng, tỷ lệ của P730 trở nên thấp so với mức bình thường trong tối và chính nó đã cản trở sự nảy mầm.

Tác động của nhiệt độ cao có cùng hiệu quả: nó thúc đẩy sự phân hủy P730 theo chiều hướng của sự nâng cao nhiệt độ. Chẳng hạn hạt rau diếp ở 30°C trong tối không nảy mầm nhưng ở 20 - 22° thì tỷ lệ hạt nảy mầm đạt 50%; ở 5°C tỷ lệ lớn hơn, đạt 66%.

• Nhiều tác giả đã chứng minh sự hiện diện của phytocrom kích thích sự kéo dài của trụ dưới lá mầm (là nơi tổng hợp antoxyan) ở ánh sáng đỏ xa (660 - 700nm) và ở ánh sáng xanh (ở 480nm). Phản ứng này gọi là sự không thích đáng của “năng lượng cao”.

Ở thực vật, sự kéo dài của thân, có thể thu được khi chiếu lâu ánh sáng đỏ xa.

• Quang kích thích sự nở hoa ở cây ngày dài:

Nhiều cây ngày dài có thể nở hoa nếu sự chiếu sáng đầy đủ và lâu.

Một sự phối hợp chiếu sáng kép và lâu dài (660 và 730nm đồng thời) sẽ cho hiệu quả cao hơn.