Гормоны в регуляторах роста растений

 Форма и функции многоклеточных организмов были бы невозможны без эффективной связи между клетками, тканями и органами. У высших растений регуляция и координация обмена веществ, рост и морфогенез часто зависят от химических сигналов от одной части растения к другой. Эту идею высказал в XIX веке немецкий ботаник Юлиус фон Сакс (1832-1897). Он предположил, что химические мессенджеры отвечают за формирование и рост различных органов растения. Он также предположил, что внешние факторы, такие как сила тяжести, могут влиять на распределение этих веществ в растении. Хотя Сакс не знал идентичности этих химических мессенджеров, его идеи привели к их дальнейшему открытию.
Растения производят сигнальные молекулы, называемые гормонами, происходит от греческого слова, означающего "возбуждать или стимулировать". Они оказывают глубокое влияние на развитие при очень низких концентрациях. 
Регуляторы роста растений - это органические соединения, которые в малых концентрациях влияют на физиологические процессы растений. Это природные или синтетические соединения, которые применяются непосредственно к растению, чтобы изменить его жизненные процессы и/или структуру каким-то полезным образом, для повышения урожайности и качества, облегчить сбор урожая.

Агентство охраны окружающей среды США (EPA) определяет регулятор роста растений как: «любое вещество или смеси веществ, предназначение  которого с помощью физиологического действия ускорить или замедлить темпы роста или созревания или иным образом изменить поведение растений. Кроме того, регуляторы роста растений характеризуются низкими нормами применения, тогда как высокие нормы применения тех же соединений часто рассматриваются как гербицидные». 
Растительные гормоны вырабатываются естественным путем растениями и имеют важное значение для регулирования собственного роста и развития. Они действуют, контролируя или изменяя процессы роста растений, такие как образование листьев и цветов, удлинение стеблей, развитие и созревание плодов.
В современной практике ведения сельского хозяйства установили преимущества расширения использования растительных гормонов для регулирования роста других растений. Если природные или синтетические вещества используются таким образом, их называют регуляторами роста растений.
Применение регуляторов роста растений в сельском хозяйстве начато в 1930 г. в США.  Этилен, природное вещество, является одним из первых регуляторов роста растений, которые успешно открыли и использовали для увеличения цветов в ананасе.

Позже было найдено много синтетических соединений, которые работают сходно с природными растительными гормонами.
С тех пор использование регуляторов роста растений значительно возрастает и становится одним из главных компонентом в современном сельском хозяйстве.

Классификация растительных гормонов/регуляторов роста

ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ФИТОГОРМОНОВ:

  • эндогенное происхождение;
  • небольшая молекулярная масса (от 28 до ~ 400);
  • действуют в очень низких концентрациях (10-13 -10-15 моль/л);
  • место синтеза и место действия разъединены; 
  • возможность транспортировки по растению; 
  • вызывают специфический физиологический ответ у определенных клеток;
  • поливалентность, полифункциональность действия; 
  • практически не играющих роли в основном метаболизме клеток, используются только для сигнальных целей.

Современная классификация насчитывает 6 классов гормонов: 

  • Ауксины
  • Гиббереллины
  • Цитокинины
  • Брассиностероиды
  • Этилен
  • Абсцизова кислота

АУКСИНЫ (греч. auxein — увеличиваться, расти)

Это стимулирующее рост вещество впервые упоминает Чарльз Дарвин в своей книге под названием "Сила движения растений". В 1939 году Кегль впервые выделил гетероауксин в чистом виде и идентифицировал его как индол-3-уксусную кислоту. 

Высоким содержанием характеризуются:

  • развивающиеся почки
  • активный камбий
  • проводящие пучки
  • цветень
  • формирующиеся семена

В зависимости от вида растения, типа ткани и физиологического состояния содержание ІОК колеблется от 1 до 1000 мкг на 1 кг сырой массы.
Основной путь синтеза ауксина в растении это трансформация триптофана к ИОК.

Физиологические эффекты ауксинов:

  • отвечают за рост клеток растяжением
  • индуцируют деление клеток
  • апикальное доминирование
  • дифференциация тканей
  • рост корневой системы, особенно корневых волосков
  • рост бессемянных плодов
  • рост пыльцевой трубки    
  • тропизмы
  • синтез этилена
  • опадение листьев
     

Гиббереллины

Открытие гиббереллинов связано с изучением болезни риса «бакане». У растений, пораженных этой болезнью, вытянуты бледные побеги. Японские ученые показали, что эта болезнь вызывается выделением гриба Gibberella fujikuroi. Из выделений этого гриба было получено кристаллическое вещество - гиббереллин. В дальнейшем выяснилось, что гиббереллины - широко распространенные среди растений вещества, обладающие высокой физиологической активностью и являются, подобно ауксину, природными фитогормонами. 
 
В настоящее время известно более 80 веществ, относящихся к группе гиббереллинов и обозначаются номерами: ГА1, ГА2 и др. Не все гиббереллины обладают физиологической активностью. 
По химической структуре это производные дитерпенов-дитерпеноиды, состоящие из четырех изопреновых остатков. Наиболее распространенный гиббереллин А3 - гибереловая кислота (ГК). Остальные гиббереллинов различаются в основном по структуре боковых цепочек. 
Гиббереллины могут образовываться в различных, преимущественно растущих частях растительного организма. Но основное место синтеза гиббереллинов - это листья. В отличие от ауксинов гиббереллины передвигаются из листьев как по ксилеме, так и по флоэме. Это пассивный процесс, не связанный с метаболизмом. 
Мевалоновая кислота является предшественником как гибберелина и цитокинина, так и абсцизовой кислоты

Физиологические эффекты гиббереллина:

  • синтезируется в молодых тканях, которые активно развиваются – молодом листке, частях цветков, семенах, верхушках корня
  • вызывает рост стебля и увеличение размера листьев, не влияет на рост корня
  • способствует прерыванию периода покоя и прорастанию семян
  • вызывает партенокарпии
  • вместе с ауксинами, контролируют рост и развитие плодов
  • контролирует цветение у растений долгого дня
  • способствует образованию мужских цветков у однодомных растений
  • способствуют лучшему опылению растений с женским типом цветков
     

Цитокинины

Открытие цитокининов связано с исследованиями по выращиванию каллюса, образовавшегося из изолированной ткани сердцевины стебля табака на питательной среде (Ф. Скут и К. Миллер). Было показано, что клетки каллюса в стерильной культуре через определенный промежуток времени прекращают деление. Однако при добавлении к питательной среде производных ДНК, которые образуются после ее автоклавирования, деление клеток восстанавливается.

В 1955 г. было выделено активное вещество, вызывающее деление клеток - 6-фурфуриламинопурин, которое назвали кинетином. 6-фурфуриламинопурин в растениях не встречается. Однако в растениях были найдены близкие химические соединения, которые регулируют процесс деления клеток - цитокинины. Один из цитокининов, выделенный из кукурузы, был назван зеатин. Все известные цитокинины - это производные пуриновых азотистых оснований, а именно аденина, в котором аминогруппа в шестом положении замещена различными радикалами.

Богатые цитокинины клетки апикальных меристем и меристем корня. Цитокинины образуются главным образом в корнях и передвигаются в надземные органы по ксилеме. Цитокинины во многом определяют физиологическое влияние корневой системы на обмен веществ надземных органов. Вместе с тем имеются данные об образовании цитокининов в семенах (зрелые зародыши) и развивающихся плодах. Азотное питание усиливает образование цитокининов, а для проявления действия цитокининов необходимо достаточное снабжение растения питательными веществами, особенно азотом.

Физиологические эффекты цитокининов:

  • синтезируются в кончиках корневых волосков и перемещаются вверх.
  • стимулируют рост большего количества листьев
  • в присутствии ауксинов индуцируют деление клеток
  • активируют рост растяжением у двудольных растений
  • предотвращают распад хлорофилла и клеточных органелл
  • способствуют образованию и функционированию апикальных меристем, и развитию цветков

Этилен

Еще в 1911 г. русский ученый Д.Н. Нелюбовь установил, что этилен тормозит рост стебля в длину, одновременно вызывая его утолщение и изгиб в горизонтальном направлении (тройная реакция стебля). В дальнейшем было показано, что сочные плоды ряда растений (апельсины, бананы и др.) выделяют этилен, и что он стимулирует созревание плодов. В 1935 - 1937 гг. Хичкок и Циммерман в США и Ю. В. Ракитин в СССР провели большое количество исследований, которые показали, что этилен-регулятор созревания плодов.  В 60-е годы обнаружили, что спектр действия этилена значительно шире и что, подобно АБК, он оказывает в основном тормозящее влияние на процессы роста. Синтез этилена в растении начинается с метионина. Высокие концентрации ауксина вызывают синтез этилена. Этилен образуется в созревающих плодах, стареющих листьях, в проростках до того, как они выходят на поверхность почвы.

Физиологические эффекты этилена:

  • способствует утолщению ствола
  • уменьшает рост клеток
  • уменьшает рост стебля в длину
  • способствует образованию выдельного слоя и опадение листьев и плодов
  • способствует синтезу растением ферментов-хитиназы и глюканазы, которые разрушают клеточную стенку грибных патогенов
  • ускоряет процессы старения - тормозит рост почек
  • накапливается покоящихся органах
     

Абсцизовая кислота

Открытие абсцизовой кислоты (АБК) связано с изучением двух явлений - покоя почек и опадения листьев и плодов. В 1961 г Аддикот (США) установил, что имеются вещества, накопление которых вызывает образование выдельного слоя и опадение листьев. В то же время Ф. Уоринг (Англия) показал, что при переходе почек в состояние покоя в них накапливаются вещества, которые тормозят рост. Позже, из коробочек хлопчатника, было выделено вещество, вызывающее опадение, которое получило название «абсцизова кислота» (от слова abscission - опадание), а из листьев березы - вещество, тормозящее рост, которое получило название «дормин», (от французского слова dormir - спать). Впоследствии оказалось, что это то самое вещество, относящееся к ингибиторам роста, которое и было названо абсцизовой кислотой. АБК, подобно гибберелину, с которыми по химическому строению имеет много общего, образуется из мевалоновой кислоты.

Существуют два пути биосинтеза абсцизовой кислоты из мевалоновой кислоты:

  • один, так называемый прямой путь, через фарнезилпирофосфат (ФПФ) и непрямой, или каротиноидный
  • во втором случае АБК образуется в результате деградации каротиноидов, при этом из ксантофилла образуется ингибитор ксантоксин, который затем превращается в АБК

Физиологические эффекты абсцизовой кислоты:

  • тормозит процессы роста, индуцированные ИОК, цитокининами и гибберелинами
  • способствует повышению устойчивости к засухе, затоплению, высоким и низким температурам, морозу, засоленности
  • накопление АБК приводит к снижению интенсивности фотосинтеза
  • тормозит рост пазушных почек при апикальном доминировании
  • задерживает прорастание семян
  • способствует переходу семян, почек, клубней в состояние покоя

Брасиностероиди

В пыльце рапса (Brassica napus) были обнаружены вещества, обладающие рострегулирующей активностью и которые назвали брассинами. В 1979 г. был выделен брасинолид и определено его химическое строение. Для получения 4 мг кристаллического вещества было переработано 4 кг пыльцы рапса, собранного пчелами. Оказалось, что это вещество стероидной природы с молекулярной формулой С28Н48О6. Позже оказалось, что активность имеют и ряд подобных соединений. В настоящее время известно около 60 брассиностероидов. 

Физиологические эффекты брассиностероидов:

  • повышают устойчивость растений к стрессам (особенно засуха и солевой стресс)
  • стимулируют рост пыльцевой трубки
  • стимулируют образование хлорофилла
  • способствуют делению и растяжению клеток побегов
  • стимулируют деление клеток, вместе с ауксином и цитокининами.
  • усиливают растяжение клеток в присутствии ауксинов и гиббереллинов
  • как и гиббереллины способствуют выходу семян из состояния физиологического покоя
  • недостаточное количество брассиностероидов в растении приводит к карликовости и стерильности пыльцы
  • ауксины и брассиностероидов синергичное действие

На рынке Украины есть много препаратов с рострегулирующей действием, но до сих пор мы еще не научились их правильно использовать.
Некоторые так называемые «советники» дают советы - используйте этот продукт и будет вам счастье, не уточняя в каком состоянии находится растение.
Гормональные продукты можно использовать в определенные фазы развития растения, в определенной дозе, для получения положительного отзыва растения. Но так же можно и навредить растению. 

Рассмотрим два препарата – Эрайз и Миллерплекс, их состав, особенности, механизм действия и оптимальные сроки использования.

ЭРАЙЗ

Разработан компанией Miller Chemical & Fertilizer (США) для обработки семян и использования на начальных стадиях роста.
Имеет в составе:

Компоненты Состав
% г/л
брасиностероиды 0,0032 0,03456
гиберелиновая кислота (GA3)  0,001 0,0108
индол-3-бутановая кислота 0,012 0,1296
аминоиндол-3-бутановая кислота 0,1 1,08
цитокининны 0,01 0,108
цинк 0,5 5,4
экстракт Ascophyllum Nodosum (бетаины, маннитол,углеводы) 99,3738 1073,24
Запотентованная смесь аминокислот из растительных источников, сертифицированных ЭРА (Управления по охране окружающей среды США)


Как действует Эрайз ?

  • Гиббереллин и брасиностероиды способствуют синтезу α-амилазы – фермента, который гидролизует крахмал, запуская процесс прорастания семян.
  • Это позволяет получить более ранние и дружные всходы
  • Индол-3-бутановая кислота (синтетический ауксин) стимулирует рост корневой системы
  • Аминоиндол-3-бутановая кислота-прекурсор ауксина-из него растение очень быстро синтезирует "свой" ауксин, тем самым продлевая действие ауксина и стимуляцию роста корневой системы
  • Брасиностероиды также усиливают и продлевают действие ауксинов, отвечают за иммунитет растения и устойчивость к стрессам
  • Цитокинины ускоряют обмен веществ, стимулируют деление, дифференциацию и рост клеток, повышают иммунитет и усиливают фотосинтез
  • Цинк принимает участие в синтезе триптофана а из триптофана синтезируется индол-3-уксусная кислота
  • Экстракт Ascophyllum nodosum обладает универсальным стимулирующе-поддерживающим действием
  • Аминокислоты имеют отличное противострессовое действие и является источником «кирпичиков» для «строительства» белков

Эрайз единственный на рынке продукт, который имеет постоянную достоверную концентрацию активных веществ. Гормоны в нем синтетические, и в отличие от природных источников, не зависят от возраста, состояния и места «выращивания» сырья из которого они производятся. Кроме того, синтетические гормоны имеют более удлиненное по времени действие, это также положительно влияет на развитие растений и уменьшает на нее гормональную нагрузку.

Дозировка и сроки использования:
Обработка семян:

  • Зерновые культуры (пшеница, ячмень, овес, рожь и др.)- 0,8 - 1 л / т
  • Подсолнечник, кукуруза-2,5 л / т
  • Зернобобовые (соя, горох, нут, чечевица и др.) -1,5 л / т
  • Другие культуры-1-2, 5 л / т

Начальные фазы развития (BBCH 13-16) для всех культур - 0,8-1 л/га

Миллерплекс

Также продукт Miller Chemical & Fertilizer (США). Сбалансированная формула разработана на базе водорослей Ascophyllum nodosum. Имеет в составе:

Компоненты Состав
% г/л
Азот амидный 3 35,7
Фосфор (P2O5 3 35,7
Калий (K2O) 3 35,7
Кальций (СаО) 0,2 2,38
Бор 0,05 0,595
Магний (MgO) 0,05 0,595
Железо 0,03 0,357
Медь 0,15 1,785
Цинк 0,15 1,785
Марганец 0,03 0,357
Кобальт 0,0005 0,00595
Экстракт Ascophyllum nodosum 14 166,6

Экстракт водорослей Ascophyllum nodosum:

  • Стимулирует синтез сахаров, белков и т.п.
  • Способствует формированию почек и цветов
  • Увеличивает поглощение питательных веществ 
  • Повышает иммунитет при стрессовых условиях

Аминокислоты:

  • Принимают участие в опылении и завязывании плодов;
  • Уменьшают проявления стресса;
  • Повышают эффективность листовых обработок.

Специфические углеводы:

  • Улучшают иммунную систему при неблагоприятных погодных условиях;
  • Увеличивают уровень сахаров;
  • Помогают поглощению питательных веществ.

Мультивитаминный комплекс от Hoffman LaRoche: 

  • Уникальная смесь витаминов с антиоксидантными свойствами

Адъювантная система 

  • Повышает проникновение всех компонентов смесей при любых погодных условиях

Кроме того имеет в составе натуральные цитокинины, которые:

  • Ускоряют обмен веществ;
  • Стимулируют деление, дифференциацию и рост клеток; 
  • Способствуют формированию почек и цветов;
  • Повышают иммунитет;
  • Усиливают фотосинтез; 
  • Тормозят физиологическое старение;
  • Удлиняют послеуборочную вегетацию плодовых и овощных культур.

Дозировки, сроки и цели использования читайте на страницах продуктов - Эрайз и Миллерплекс!

Хороших Вам урожаев!


Менеджер по развитию продуктов "ЭРИДОН"
СВЕРИДА Виктор Михайлович |
(050)-357-03-88

Где купить?