GIBBERELLINS: LOẠI, CHỨC NĂNG, PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG, SINH TỔNG HỢP - SINH HỌC - 2026

Các giberelin là hormon thực vật hoặc phytohormones tham gia vào quá trình khác nhau của sự tăng trưởng và phát triển của thực vật bậc cao. Trên thực tế, chúng kích thích sự phát triển và kéo dài của thân cây, sự phát triển của quả và sự nảy mầm của hạt.

Phát hiện của nó được thực hiện vào giữa những năm 1930 bởi các nhà nghiên cứu Nhật Bản nghiên cứu sự phát triển bất thường của cây lúa. Tên gibberellin xuất phát từ nấm Gibberrella funjikuroi, một sinh vật mà từ đó nó được chiết xuất ban đầu, tác nhân gây ra bệnh "Bakanae".

Kéo dài thân được thúc đẩy bởi ứng dụng của Gibberellins. Nguồn: flickr.com

Mặc dù thực tế là hơn 112 gibberellin đã được xác định, nhưng rất ít cho thấy hoạt động sinh lý. Chỉ gibberellin A ₃ hoặc axit gibberellic, và gibberellin A ₁ , A ₄ và A ₇ là có tầm quan trọng về mặt thương mại.

Những phytohormone này thúc đẩy những thay đổi đáng ngạc nhiên về kích thước thực vật, ngoài việc gây ra sự phân chia tế bào ở lá và thân. Tác dụng có thể nhìn thấy của ứng dụng ngoại sinh của nó là kéo dài thân mỏng, ít cành và lá mỏng manh.

Các loại

Cấu trúc của gibberellins là kết quả của sự liên kết của các isoprenoids năm carbon với nhau tạo thành một phân tử bốn vòng. Sự phân loại của nó phụ thuộc vào hoạt tính sinh học.

A xít Gibberellic. Nguồn: researchgate.net

Biểu mẫu miễn phí

Nó tương ứng với những chất có nguồn gốc từ ent-Kauren, có cấu trúc cơ bản là ent-giberelano. Chúng được phân loại là diterpenoit có tính axit có nguồn gốc từ hydrocacbon dị vòng ent-Kaureno. Hai loại biểu mẫu miễn phí được biết đến.

• Không hoạt động: có 20 cacbon.
• Hoạt động: chúng có 19 cacbon, vì chúng đã mất đi một lượng cacbon cụ thể. Hoạt động này được điều chỉnh để có 19 nguyên tử cacbon và có sự hydroxyl hóa ở vị trí 3.

Kết hợp các hình thức

Chúng là những gibberellin liên kết với carbohydrate, vì vậy chúng không có hoạt tính sinh học.

Chức năng

Chức năng chính của gibberellins là kích thích sự phát triển và kéo dài cấu trúc thực vật. Cơ chế sinh lý cho phép kéo dài liên quan đến sự thay đổi nồng độ canxi nội sinh ở cấp độ tế bào.

Ứng dụng của gibberellins hỗ trợ sự phát triển của sự ra hoa và chùm hoa của nhiều loài khác nhau, đặc biệt là ở cây dài ngày (PDL). Liên kết với phytochromes, chúng có tác dụng tổng hợp, kích thích sự khác biệt của cấu trúc hoa, chẳng hạn như cánh hoa, nhị hoa hoặc lá noãn, trong quá trình ra hoa.

Ra hoa ở cây có múi. Nguồn: pixabay.com

Mặt khác, chúng gây ra sự nảy mầm của hạt giống không hoạt động. Thật vậy, chúng kích hoạt việc huy động các chất dự trữ, tạo ra sự tổng hợp amylase và protease trong hạt.

Tương tự như vậy, chúng tạo điều kiện cho sự phát triển của quả, kích thích sự kết trái hoặc biến đổi của hoa thành quả. Ngoài ra, chúng thúc đẩy quá trình sinh sản và được sử dụng để sản xuất quả không hạt.

Chế độ hành động

Gibberellins thúc đẩy sự phân chia và kéo dài tế bào, vì các ứng dụng được kiểm soát làm tăng số lượng và kích thước của tế bào. Phương thức hoạt động của gibberellins được điều chỉnh bởi sự thay đổi của hàm lượng các ion canxi trong các mô.

Các phytohormone này được kích hoạt và tạo ra các phản ứng sinh lý và hình thái ở nồng độ rất thấp trong các mô thực vật. Ở cấp độ tế bào, điều cần thiết là tất cả các yếu tố liên quan đều có mặt và khả thi để thay đổi xảy ra.

Cơ chế hoạt động của gibberellins đã được nghiên cứu trên quá trình nảy mầm và phát triển của phôi trong hạt lúa mạch (Hordeum vulgare). Trên thực tế, chức năng sinh hóa và sinh lý của gibberellins đã được xác minh về những thay đổi xảy ra trong quá trình này.

Trồng lúa mạch. Nguồn: pixabay.com

Hạt lúa mạch có một lớp tế bào giàu protein dưới tầng sinh môn, được gọi là lớp aleuron. Khi bắt đầu quá trình nảy mầm, phôi tiết ra các gibberelin tác động lên lớp aleuron tạo ra các enzym thủy phân đồng thời.

Trong cơ chế này, α-amylase, chịu trách nhiệm phân hủy tinh bột thành đường, là enzym tổng hợp chính. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng đường chỉ được hình thành khi có lớp aleurone.

Do đó, α-amylase có nguồn gốc trong lớp aleuron có nhiệm vụ biến đổi tinh bột dự trữ thành nội nhũ giàu tinh bột. Bằng cách này, đường và axit amin được giải phóng sẽ được phôi sử dụng theo yêu cầu sinh lý của nó.

Người ta cho rằng gibberellins kích hoạt một số gen nhất định hoạt động trên phân tử mRNA chịu trách nhiệm tổng hợp α-amylase. Mặc dù vẫn chưa được xác minh rằng phytohormone hoạt động trên gen, nhưng sự hiện diện của nó rất cần thiết cho quá trình tổng hợp RNA và hình thành các enzym.

Sinh tổng hợp gibberellin

Gibberellin là các hợp chất terpenoid có nguồn gốc từ vòng gibbene được cấu tạo bởi cấu trúc ent-giberelane bốn vòng. Sinh tổng hợp được thực hiện thông qua con đường axit mevalonic, đây là con đường kim loại chính ở sinh vật nhân thực.

Con đường này xảy ra trong tế bào và lưới nội chất của tế bào thực vật, nấm men, nấm, vi khuẩn, tảo và động vật nguyên sinh. Kết quả là cấu trúc năm cacbon được gọi là isopentenyl pyrophosphat và dimethylallyl pyrophosphat được sử dụng để thu được isoprenoids.

Isoprenoids là các phân tử thúc đẩy của các phần tử khác nhau như coenzyme, vitamin K, và trong số đó có phytohormone. Ở cấp độ thực vật, thông thường quá trình trao đổi chất kết thúc để thu được GA ₁₂ -aldehyde.

Sau khi thu được hợp chất này, mỗi loài thực vật sẽ tuân theo các quy trình khác nhau cho đến khi đạt được sự đa dạng của gibberellins đã biết. Trên thực tế, mỗi gibberellin hoạt động độc lập hoặc tương tác với các phytohormone khác.

Quá trình này chỉ xảy ra trong các mô phân sinh của lá non. Những chất này sau đó được chuyển sang phần còn lại của cây thông qua phloem.

Ở một số loài, gibberellin được tổng hợp ở đỉnh rễ, được chuyển vào thân qua lớp màng. Tương tự như vậy, hạt chưa trưởng thành có hàm lượng gibberellins cao.

Thu nhận gibberellins tự nhiên

Quá trình lên men các nguồn nitơ và có ga và muối khoáng là cách tự nhiên để thu được gibberellin thương mại. Là một nguồn cacbon, glucose, sucrose, bột và chất béo tự nhiên được sử dụng, đồng thời sử dụng muối khoáng photphat và magiê.

Quá trình này cần từ 5 đến 7 ngày để lên men hiệu quả. Cần phải có các điều kiện khuấy và sục khí liên tục, duy trì mức trung bình từ 28º đến 32º C và độ pH từ 3-3,5.

Thật vậy, quá trình thu hồi gibberellin được thực hiện thông qua sự phân ly sinh khối từ nước dùng lên men. Trong trường hợp này, phần nổi không có tế bào chứa các nguyên tố được sử dụng làm chất điều hòa sinh trưởng thực vật.

Ở cấp độ phòng thí nghiệm, các hạt gibberellin có thể được thu hồi thông qua quy trình cột chiết lỏng-lỏng. Đối với kỹ thuật này, etyl axetat được sử dụng làm dung môi hữu cơ.

Không làm được điều đó, nhựa trao đổi anion được áp dụng cho phần nổi phía trên, tạo ra kết tủa gibberellin bằng cách rửa giải gradient. Cuối cùng, các hạt được làm khô và kết tinh theo mức độ tinh khiết đã thiết lập.

Trong lĩnh vực nông nghiệp, gibberellins được sử dụng với mức độ tinh khiết từ 50 đến 70%, được trộn với thành phần trơ thương mại. Trong kỹ thuật vi nhân giống và nuôi cấy in vitro, khuyến cáo sử dụng các sản phẩm thương mại có độ tinh khiết lớn hơn 90%.

Tác dụng sinh lý

Việc sử dụng gibberellins với lượng nhỏ thúc đẩy các hoạt động sinh lý khác nhau ở thực vật, trong số đó là:

• Cảm ứng sự phát triển mô và kéo dài thân
• Kích thích nảy mầm
• Khuyến mại bộ trái cây từ hoa
• Điều hòa ra hoa và phát triển quả
• Chuyển đổi cây trồng hai năm một lần thành cây hàng năm
• Thay đổi biểu hiện tình dục
• Ức chế chứng lùn

Sự phát triển của cây trồng. Nguồn: flickr.com

Ứng dụng ngoại sinh của gibberellins tác động lên tình trạng trẻ trung của một số cấu trúc thực vật. Giâm cành hoặc giâm cành được sử dụng để nhân giống sinh dưỡng, dễ dàng bắt đầu quá trình ra rễ khi đặc tính non của nó được biểu hiện.

Ngược lại, nếu cấu trúc thực vật biểu hiện đặc tính trưởng thành của chúng, thì quá trình hình thành rễ là vô hiệu. Việc áp dụng gibberellins cho phép cây chuyển từ trạng thái non sang trạng thái trưởng thành hoặc ngược lại.

Cơ chế này rất cần thiết khi bạn muốn bắt đầu ra hoa ở những cây trồng chưa hoàn thành giai đoạn non. Các thí nghiệm với các loài thân gỗ, chẳng hạn như bách, thông hoặc thủy tùng, đã giúp giảm đáng kể chu kỳ sản xuất.

Ứng dụng thương mại

Các yêu cầu về giờ ánh sáng ban ngày hoặc điều kiện lạnh giá ở một số loài có thể được đáp ứng bằng các ứng dụng cụ thể của gibberellins. Ngoài ra, gibberellins có thể kích thích sự hình thành các cấu trúc hoa và cuối cùng xác định các thuộc tính giới tính của cây.

Trong quá trình đậu quả, gibberellins thúc đẩy quá trình sinh trưởng và phát triển của quả. Tương tự như vậy, chúng trì hoãn sự già đi của quả, ngăn ngừa sự hư hỏng của chúng trên cây hoặc cung cấp một thời gian hữu ích nhất định sau khi thu hoạch.

Khi muốn thu được quả không hạt (Parthenocarpy), các ứng dụng cụ thể của gibberellins gây ra hiện tượng này. Một ví dụ thực tế là sản xuất nho không hạt, nhu cầu ở cấp độ thương mại nhiều hơn so với các loài có hạt.

Quả nho không hạt. Nguồn: moyca.org

Trong bối cảnh này, các ứng dụng của gibberellins trong hạt ngủ đông cho phép kích hoạt các quá trình sinh lý và xuất hiện từ tình trạng này. Trên thực tế, một liều lượng thích hợp sẽ kích hoạt các enzym thủy phân phân hủy tinh bột thành đường, có lợi cho sự phát triển của phôi.

Ở cấp độ công nghệ sinh học, gibberellins được sử dụng để tái tạo các mô trong nuôi cấy in vitro của mẫu cấy không có mầm bệnh. Tương tự như vậy, các ứng dụng của gibberellin trong cây mẹ kích thích sự phát triển của chúng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chiết xuất các quả có sức khỏe ở cấp độ phòng thí nghiệm.

Ở cấp độ thương mại, các ứng dụng của gibberellins trong trồng mía (Saccharum officinarum) cho phép tăng sản lượng đường. Về mặt này, các phytohormone này tạo ra sự kéo dài của các lóng nơi sản xuất và lưu trữ đường sucrose, do đó kích thước càng lớn thì lượng đường tích tụ càng lớn.

Người giới thiệu

1. Ứng dụng Hoocmon Rau quả (2016) Làm vườn. Đã khôi phục tại: horticultivos.com
2. Azcón-Bieto Joaquín và Talón Manuel (2008) Các nguyên tắc cơ bản của sinh lý thực vật. Mc Graw Hill, tái bản lần thứ 2. ISBN: 978-84-481-9293-8.
3. Cerezo Martínez Jorge (2017) Sinh lý thực vật. Chủ đề X. Gibberellins. Đại học Bách khoa Cartagena. 7 tr.
4. Delgado Arrieta G. và Domenech López F. (2016) Giberelinas. Khoa học kỹ thuật. Chương 4.27, 4 tr.
5. Phytoregulators (2003) Đại học Bách khoa Valencia. Đã khôi phục tại: euita.upv.es
6. Weaver Robert J. (1976) Các cơ quan quản lý sự phát triển của thực vật trong nông nghiệp. Đại học California, Davis. Biên tập Trillas. ISBN: 9682404312.