Fitohormony: klucz do zrozumienia wzrostu i rozwoju roślin
Rośliny posiadają znacznie mniej hormonów niż zwierzęta. Mimo to wywierają one ogromny wpływ na rozwój roślin, a ich zdolność do wzajemnej interakcji jest zadziwiająca. Hormony są obecne w roślinach w niewielkich ilościach, ale mogą mieć ogromny wpływ na rozwój i ogólny wygląd roślin. Chcesz dowiedzieć się więcej o fitohormonach? Przeczytaj poniższy tekst.
Co to są fitohormony?
Fitohormony to związki organiczne, które są niezbędne do regulacji procesów życiowych roślin. Podczas gdy światło, woda, składniki odżywcze i warunki klimatyczne wpływają na wzrost roślin od zewnątrz, czyli są zewnętrznymi czynnikami wzrostu, fitohormony wpływają na wzrost roślin od wewnątrz, a więc są uważane za wewnętrzne czynniki wzrostu. Wśród podstawowych fitohormonów można wymienić auksyny, cytokininy i gibereliny - związki te stymulują wzrost roślin. Inną ważną grupą są hormony hamujące wzrost - kwas abscysynowy i etylen. Inne fitohormony to m.in. brassinosteroidy stymulujące wzrost, jasmoniany z kwasem salicylowym, które odgrywają ważną rolę w reakcjach obronnych i stresowych, florigen, który wpływa na początek kwitnienia, oraz systemina. Należy pamiętać, że procesy rozwojowe roślin są bardzo złożone i skomplikowane. Fitohormony są tylko jednym z wielu elementów, które odgrywają rolę w wyżej wymienionych procesach. Interakcje pomiędzy fitohormonami są przedmiotem wielu badań naukowych, a ich wyniki dostarczają nowych informacji. Przyjrzyjmy się teraz bliżej najszerzej stosowanym i najlepiej zbadanym fitohormonom.
Auksyny
Auksyny znacząco wpływają na podział i wydłużanie komórek. Pod koniec XIX wieku sam Karol Darwin przewidział ich istnienie, ale dopiero w latach 20. ubiegłego wieku udowodniono ich działanie. Wszędzie tam, gdzie obecne są auksyny, aktywowane są procesy rozwojowe. Wysokie stężenie auksyn można znaleźć także w zarodkach roślinnych oraz rozwijających się nasionach i owocach. Są one kluczowe dla rozwoju zarodka, a zwłaszcza dla tworzenia korzenia i łodygi. Dzięki auksynom roślina wie, które części muszą rosnąć wbrew grawitacji, a które nie powinny z nią walczyć. Dlatego łodyga i część nadziemna rosną do góry, podczas gdy korzenie rosną w dół. Ponadto auksyny stymulują różnicowanie się tkanki przewodzącej z prokambium (merystem pierwotny - tkanka dzieląca się), aktywność tkanki wtórnie dzielącej się (kambium), a także znacząco wpływają na rozgałęzianie się i tworzenie korzeni bocznych oraz wzrost owoców. Spowalniają także rozwój merystemów bocznych w pędy boczne. Dzięki wpływowi na wydłużanie się komórek mają wpływ na wielkość szczelin międzywęzłowych. Auksyny są produkowane głównie w wierzchołkach rosnących łodyg, najmłodszych liściach i merystemach korzeniowych. Stamtąd są transportowane do innych części rośliny. Do grupy naturalnych auksyn zalicza się kilka kwasów, takich jak kwas indolilo-3-octowy (IAA), kwas indolilo-3-masłowy (IBA) czy kwas fenylooctowy (PAA). Istnieje wiele syntetycznych auksyn, a niektóre z nich są stosowane jako skuteczne herbicydy - na przykład NAA.
Cytokininy
Cytokininy to związki odgrywające kluczową rolę w procesie cytokinezy, czyli podziału komórek roślinnych. Najbardziej znaną naturalną cytokininą jest zeatyna, którą wyizolowano w 1964 r. z niedojrzałego bielma kukurydzy. Bielmo otacza zarodek znajdujący się w nasionach i dostarcza mu składników odżywczych. Podobnie jak auksyny, cytokininy mogą być wytwarzane naturalnie lub w drodze syntezy. Istnieją dwa nazwiska naukowców, którzy odegrali bardzo ważną rolę w dziedzinie hodowli tkanek in vitro i którzy są kojarzeni z cytokininami: amerykański fizjolog o szwedzkich korzeniach Folke K. Skoog i jego ówczesny doktorant Toshio Murashige. Opracowywali oni nowy regulator wzrostu roślin. W 1962 roku odkryli sposób indukowania podziału komórek (cytokinezy) w probówce, dając początek nowej pożywce do hodowli tkankowych, zwanej pożywką Murashige'a i Skooga. Do dziś pozostaje ona najczęściej stosowaną pożywką do hodowli roślin in vitro. Zawiera ona wszystkie makro- i mikroelementy niezbędne do wzrostu roślin i może być wzbogacana fitohormonami, witaminami i innymi substancjami w celu wywołania określonych efektów w tkankach roślinnych. Podłoże to jest również stosowane w przemyśle konopnym przy klonowaniu metodą kultur tkankowych. Wróćmy jednak do cytokinin. Głównym miejscem ich produkcji są wierzchołki korzeni - merystemy wierzchołkowe. Poza tym są one także produkowane w zarodku rośliny, młodych liściach i ogólnie wszędzie tam, gdzie dochodzi do podziału komórek. Cytokininy wpływają na ogólny wygląd roślin, stymulując wzrost komórek liści, co skutecznie zwiększa ich powierzchnię. Spowalniają także wydłużanie się łodyg i korzeni, ale przede wszystkim stymulują rozwój pędów bocznych, zmniejszając tzw. dominację wierzchołkową, czyli zależ- ność między pędem wierzchołkowym a pędami bocznymi. Dzięki zmniejszeniu dominacji wierzchołkowej, wzrost pędu wierzchołkowego jest osłabiony, a pędy boczne stają się bardziej aktywne. Z kolei wyższy poziom cytokinin w niektórych częściach rośliny może prowadzić do wolniejszego wzrostu rośliny pod względem wysokości i większej liczby rozgałęzień bocznych. Cytokininy wywierają znaczący wpływ na procesy transportowe w roślinach oraz pomagają opóźnić starzenie się i żółknięcie liści. To nie wszystko, biorą one również udział w tworzeniu bulw podczas mikoryzy z bakteriami wiążącymi tlen z powietrza. Warto zauważyć, że cytokininy są również związane z powstawaniem guzów i galasów. Wynika to z faktu, że niektóre owady i bakterie chorobotwórcze wydzielają do roślin własne cytokininy, które indukują silny podział komórek w miejscach, w których normalnie by on nie zachodził.
Cytokininy wywierają znaczący wpływ na procesy transportowe w roślinach oraz pomagają opóźnić starzenie się i żółknięcie liści.
Gibereliny
Wielu hodowców zna gibereliny w kontekście kwasu giberelinowego, który jest powszechnie stosowany do wytwarzania pyłku z chromosomami wyłącznie żeńskimi, a następnie do produkcji nasion feminizowanych. Kwas ten, oznaczany jako giberelina A3 - GA3, jest jedną z powszechnie występujących aktywnych giberelin, obok GA1, GA4, GA7 i GA9. Gibereliny powstają w młodych liściach, pąkach, młodych nasionach, rozwijających się owocach, łodygach i korzeniach. Ich wpływ na rozwój roślin jest różny w zależności od gatunku, ale ogólnie rzecz biorąc, działają one razem z auksynami w celu wydłużenia komórek, zwłaszcza w łodygach. Podczas kiełkowania nasion gibereliny wpływają także na mobilizację związków magazynujących w bielmie. Jeśli chodzi o wspomnianą wyżej produkcję pyłku z wyłącznie żeńskimi chromo- somami, gibereliny mają różny wpływ na płeć kwiatów u różnych gatunków roślin, w zależności od ich kombinacji i stężenia. Już w 1972 r. opublikowano badania, w których naukowcom udało się za pomocą giberelin GA3, GA4-7, GA7 i GA9 sprawić, że żeńskie rośliny konopi oprócz kwiatów żeńskich wytwarzały także kwiaty męskie. Pyłek z tych kwiatów posiada chromoso- my żeńskie, więc zapylenie innej rośliny męskiej skutkuje powstaniem nasion, z których w zdecydowanej większości przypadków wyrastają rośliny żeńskie. Musiało jednak upłynąć jeszcze 25 lat, zanim udało się udoskonalić tę metodę tak, aby była wystarczająco wiarygodna dla celów biznesowych.
Kwas abscysynowy
Przedostatnim fitohormonem w dzisiejszym artykule jest kwas abscysynowy, znany lepiej jako ABA. Przeciwdziała on na wiele sposobów działaniu giberelin, cytokinin i auksyn - spowalnia procesy wzrostu i stymuluje spoczynek roślin. Niemniej jednak ABA jest nie tylko inhibi- torem, ale także ważnym tonikiem w nie- których procesach. Na przykład podczas stresu wodnego bierze czynny udział w zamykaniu aparatów szparkowych. Jego stężenie może wielokrotnie wzrosnąć, aby pomóc roślinie w radzeniu sobie ze stresem. ABA znajduje się głównie w w pełni rozwiniętych liściach i nasionach.
Inne fitohormony
Etylen jest fitohormonem szczególnie ważnym w walce roślin ze stresem. Można go znaleźć w dużym stężeniu w uszkodzonych częściach roślin. Odgrywa ważną rolę w regulacji zrzucania liści i stymuluje, na przykład, tworzenie się włosków korzeniowych. Brassinosteroidy sty- mulują głównie podziały komórkowe, ale mają także pozytywny wpływ na rozwój korzeni i pobudzają biosyntezę etylenu. Jasmoniany mają zasadnicze znaczenie dla reakcji na sytuacje stresowe - reakcją na nie jest często spowolnienie wzrostu. Stymulują one zachowanie białek w nasionach i organach magazynowych. Jak z pewnością wiesz, rozwój i prawidłowe funkcjonowanie każdego żywego organizmu opiera się na niezliczonych rzeczach i wzajemnie powiązanych czynnikach. To krótkie wprowadzenie do fitohormonów i ich podstawowych efektów jest kolejnym elementem układanki prowadzącym do lepszego zrozumienia niektórych procesów zachodzących w naszych ukochanych roślinach.
L
Luke.Konopiacki
