Các chất điều tiết sinh trưởng cây trồng.

phuonghoang92

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển bình thường, cây trồng cần các chất cơ bản như nước, cacbon dioxit, chất khoáng, chất dinh dưỡng…Sự phát triển cây trồng còn phụ thuộc vào một số yếu tố bên ngoài ( ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm …) và yếu tố bên trong của cây   ( hoạt động của các phản ứng sinh hóa, trong đó có sự tham gia của một số hóa chất ).

Ở thực vật cũng như động vật, sự điều tiết quá trình chuyển hóa, sinh trưởng, phát triển… phụ thuộc vào những tín hiệu hóa học, gọi là các hormon ( bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp horman là kích thích ). Các hormon giữ một vị trí quan trọng trong việc điều tiết các quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Các chất điều tiết sinh trưởng thực vật chia thành hai nhóm : các chất kích thích sinh trưởng và các chất ức chế sinh trưởng. Sự cân bằng giữa hai nhóm này quyết định đến quá trình sinh trưởng phát triển của cây.

Các hormon thực vật ( plant hormon ) là các chất hữu cơ có bản chất hóa học khác nhau, được tổng hợp với lượng rất nhỏ ở các cơ quan bộ phận nhất định của cây và từ đó chuyển đến những cơ quan bộ phận khác. Chúng tham gia điều tiết các quá trình sinh trưởng, phát triển của cây, duy trì mối quan hệ giữa các cơ quan , bộ phận trong cây.

Mỗi hormon chỉ ảnh hưởng đến một quá trình sinh lý chuyên biệt của thực vật. Hiện nay đã biết được 5 nhóm hormon thực vật gồm: Auxin, gibberellin, cytokintin, axit abscisic và ethylen. Trong đó nhóm kích thích tăng trưởng gồm: Auxin, gibberellin, cytokinin, còn nhóm có tác dụng ức chế sinh trưởng là: Axit abscisic và etylen và các chất giải phóng etylen.1. Nhóm Auxin

Auxin (xuất phát từ tiếng Hy Lạp auxein có nghĩa là tăng lên) là hormon thực vật được phát hiện đầu tiên bởi nhà bác học Darwin ( Charles Darwin, 1881) và Went ( W.Went, 1926 ) khi nghiên cứu sự nảy mầm của hạt yến mạch Avena dưới tác dụng của ánh sáng.

Chất auxin tự nhiên đầu tiên được phát hiện là axit indoleaceti (IAA ). Trong công thức cấu tạo của IAA có vòng indol giống với phân tử tryphtophan, một axitamin có trong cây.


Tryphtohan


axit indoleaceti

Auxin có vai trò quan trọng trong sự kiểm soát sự tăng dài của tế bào. Vì tế bào thực vật có vách bao bọc, nên tế bào chỉ có thể tăng trưởng được khi vách có thể được kéo dài ra. Vách được cấu tạo bởi phần lớn là đường đa mà thành phần chính là xenlulozơ. Xenlulozơ tăng trưởng các liên kết có thể bị đứt tạm thời, do đó vách tế bào trở nên đàn hồi (nới rộng) hơn và những vật liệu mới được chen vào. Auxin có vai trò chính trong cả hai quá trình trên.
Chức năng và vai trò sinh hóa của nhóm auxin trong cây rất đa dạng và phụ thuộc vào từng chất. Có thể liệt kê một số chức năng chính sau :
- Các chất auxin có vai trò trong sự phân hóa mô mạch của cây hình thành và sắp xếp lá cây.
- Xúc tiến sự hình thành rễ chính và rễ phụ
- Xúc tiến sự phát triển quả
- Một số auxin tổng hợp còn được dùng để diệt cỏ. 2,4-D là một hóa chất gần giống auxin, được tổng hợp và được sử dụng rộng rải để diệt cỏ có lá rộng trong các đồng cỏ.
2. Nhóm Cytokinin
Cytokinin đóng vai trò chính trong sự phân cắt tế bào. Cytokinin được tạo ra trong ngọn rễ và trong hạt đang phát triển và được vận chuyển qua mô gỗ từ rễ lên thân. Ngoài ra, cytokinin còn kích thích sự biến đổi của những chồi còn non thành trưởng thành; giúp chồi bên tránh bớt được sự ức chế của chồi ngọn, làm chậm sự lão hóa, đặc biệt là đối với lá.

Tác động của cytokinin lên sự tăng trưởng của tế bào trong môi trường nuôi cấy mô lệ thuộc vào sự hiện diện đồng thời của auxin. Tỷ lệ giữa cytokinin và auxin có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định sự chuyên hóa của tế bào mới. Khi trong môi trường nuôi cấy cytokinin nhiều hơn auxin thì thân và lá được tạo ra trong khi auxin nhiều hơn thì sự tăng trưởng của rễ bắt đầu. Sự cân đối giữa hai loại hormon này xác định loại mô sẽ phát triển; do đó chúng kiểm soát hình thái của cây.

Trong một cây phát triển bình thường, cytokinin và auxin có hoạt động phối hợp trong một số trường hợp, nhưng trong một số trường hợp khác lại có tác động đối nghịch nhau. Thí dụ, chúng có tác động hổ trợ nhau thúc đẩy tế bào phân cắt nhưng lại có tác động đối nghịch về ảnh hưởng sự tăng trưởng của chồi bên. Cả hai hormon đều ảnh hưởng lên sự tăng trưởng của tế bào nhưng auxin chỉ kích thích sự tăng dài trong khi cytokinin thúc đẩy sự phân cắt tế bào.

3. Nhóm Abscisic
Hormon axit abscisic đầu tiên được xem là chất kiểm soát sự rụng lá ở nhiều cây như tên của nó (abscission: tách ra). Nó cũng được xem là chất cảm ứng miên trạng của chồi và hột vào mùa thu để đợi đến mùa xuân. Ngày nay, người ta biết vai trò kiểm soát sự rụng lá là không quan trọng, mà dường như có vai trò trong miên trạng của hột, ít nhất là ở một số loài.
Mặc dù từ lâu axit abscisic được xem là yếu tố ngăn cản sự tăng trưởng, nhưng trong nhiều trường hợp nó lại có tác dụng thúc đẩy tăng trưởng và phát triển. Thí dụ chúng thúc đẩy sự vận chuyển những sản phẩm quang hợp cho phôi phát triển trong hột và cảm ứng sự tổng hợp protein để dự trữ trong hột. Ngoài ra, chúng còn giúp các khí khẩu đóng lại khi trời khô. Chỉ vài phút sau khi cây bắt đầu héo, nồng độ axit abscisic trong lá tăng lên 10 lần.

4. Etylen và các chất giải phóng etylen
Tác dụng sinh học của etylen đối với cây trồng được khám phá trước khi khám phá ra nhóm auxin. Một trái bị thối, thì nhiều trái sẽ thối theo. Ngày nay, người ta biết rằng trái đó ảnh hưởng lên các trái khác là do trái thối sinh ra khí ethylen. Ethylen giữ một số vai trò trong chu kỳ đời sống của cây, bao gồm sự tăng trưởng, phát triển và sự lão hóa hay sự chín của trái. Ethylen là một chất khí nên thoát ra trong không khí. Ethylen được tổng hợp trong các mô đang xảy ra sự lão hóa hay sắp chín như ở trái.

Một trong những nghiên cứu về ảnh hưởng của ethylen là kích thích sự chín của trái. Một trái khi đạt được một kích thước tối đa, nó trở nên nhạy cảm với ethylen, và đây là một hóa chất gây ra sự chín. Quá trình chín bắt đầu khi có sự bộc phát về các hoạt động biến dưỡng do nồng độ ethylen tăng lên khoảng 100 lần. Ngăn cản sự tạo ethylen hay loại bỏ được ethylen ngay khi chúng được sinh ra thì ngăn chận được sự chín. Trái được thu hoạch và vận chuyển lúc còn xanh và cứng để tránh dập, sau đó trái được xử lý với ethylen cho chín trước khi đem đi bán.

Các chất điều tiết sinh trưởng theo cơ chế giải phóng khí etylen được con người tổng hợp như Ethephon, Triacontanol, Brassinolide và nhóm Brasinosteroid … là những hoạt chất trong những thương phẩm nổi tiếng sử dụng rộng rãi.
5. Nhóm Gibberellin
Gibberellin là nhóm hormon thực vật quan trọng thứ hai sau nhóm auxin. Nhóm Gibberellin bao gồm những axit ditecpenoid có tác dụng điều tiết sinh trưởng thực vật, tác động đến nhiều quá trình : phát như triển thân cây, nảy mầm, ra hoa, sự già hóa của lá , quả …

Lịch sử phát triển các Gibberellin bắt đầu từ năm 1926. Trong quá trình nghiên cứu bệnh lúa von, các nhà bác học Nhật Bản phát hiện ra một chất được sản sinh ra từ loài nấm Gibberella fujikuroi, có tác dụng kích thích điều tiết quá trình nảy mầm sinh trưởng của cây lúa. Năm 1930 người ta đã phân lập và kết tinh một chất từ Gibberella nay được gọi là gibberellin. Trong vòng 30 năm đã có hơn 70 chất khác nhau được phân lập từ nấm mốc và nhiều thực vật có hoa được xếp vào gibberellin (GAs). Cho đến năm 2003 người ta đã tìm thấy 126 loại GA khác nhau và đặt tên từ GA1, GA2, GA3 đến... GA126. Trong 126 loại này thì GA3 được ứng dụng nhiều nhất, có hoạt tính kích thích sinh trưởng thực vật cao nhất vì vậy được sản xuất và ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Các thí nghiệm cho thấy trong cây các dạng Gibberelin nhanh chóng bị hydrat hoá thành dạng không hoạt tính nhưng dạng GA3 bị chuyển thành dạng không hoạt tính chậm hơn so với các dạng khác. Đồng thời các nghiên cứu cũng cho thấy dạng GA3 bị chuyển hoá ở các thân cây đã trưởng thành nhanh hơn so với cây con (Huapu, M Blake et al).

Gibberellin có tác dụng kích thích sự phát triển của tế bào theo chiều dọc; Kích thích sự sinh trưởng và phát triển của cây theo chiều cao, làm thân vươn dài, giúp hình thành các chồi nách nhiều hơn; làm mất hạt của quả, phá giai đoạn ngủ nghỉ của hạt để kích thích hạt nảy mầm; tăng số lượng lá, thay đổi hình dạng và tăng diện tích của lá; kìm hãm sự phát triển của bộ rễ; kích thích ra hoa, kéo dài cuống hoa, giúp hoa to hơn.

Gibberellin thường được sử dụng trong các thí nghiệm là GA3 hay axit gibberellic có tác dụng chính là kéo dài tế bào (cellular elongation) thông qua việc phân hủy một nhóm protein kìm hãm sinh trưởng ở thực vật là DELLA protein

Axit giberelic (GA3) là chất có nhiều ứng dụng nhất trong nhóm Gibberellin. Hoạt chất được các nhà hóa học Nhật Bản phân lập và xác định cấu trúc từ những năm 30 của thế kỷ XX. Đây là chất có cấu trúc phân tử phức tạp, gồm các nhị vòng và 8 trung tâm không gian. Mỗi cấu trúc có hoạt tính sinh học riên và tác động lên cây trồng theo những cách khác nhau. Tùy vào mục đích sử dụng, người ta có thể tạo ra những đồng phân có cấu trúc phù hợp được xác định.


Công thức cấu tạo của GA3

GA3 có khối lượng mol 346,4 đvc, thể kết tinh rắn nhiệt độ nóng chảy 223 – 2250C được công ty ICI Plant Protection ( bây giờ là tập đoàn Syngenta AG) lần đầu tiên đưa vào nông nghiệp ở dạng sản phẩm thương mại.

Năm 1995, Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (nơi cấp phép cho các hóa chất được sử dụng trong nông nghiệp) đã xếp GA3 nằm ở nhóm chất độc nhóm II. EPA cho phép sử dụng GA3 ở Hoa Kỳ mà chưa có cảnh báo cụ thể về ảnh hưởng của nó đối với môi trường cũng như vật nuôi và sinh vật hoang dã (theo Environmental Protection Agency, 1995). Tổ chức WHO và một số nước khác cũng xếp GA3 vào nhóm độc II. Tại New zealand cũng không áp dụng mức dư lượng tối đa cho phép (MRL) đối với GA3 mà chỉ cần điều kiện dùng <200 gui/ha/năm. Tại Đài Loan, MRL của GA3 đối với rau là 5 mg/kg, Nhật Bản là 0,2mg/kg. Có thể nói GA3 tương đối an toàn cho người sử dụng rau quả.

Ngày nay trên thị trường GA3 được sản xuất bởi các hãng khác nhau mang các tên thương phẩm khác nhau, chẳng hạn như 920 (BSI), Berelex (ICI), Gib-Tabs (Elanco), Gib-sol (Elanco), pro-Gibb (Abbott), Pro-Gibb Plus (Abbott), Activol.... [
TLTK:
- Đào Văn Hoằng. (2005), Kỹ thuật tổng hợp các hóa chất bảo vệ thực vật, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, pp 299-325.
- Cục Bảo vệ thực vật. (2002), “Gibbrellic acid Thuốc kỹ thuật và thành phẩm” Tiêu chuẩn cơ sở TC 10/2002.
THEO: diendanhoahoc.