Гормоны растений. Этилен

Этилен, также известный как этен, является одним из ключевых фитогормонов, регулирующих множество процессов в растениях. Это бесцветный газ с лёгким сладковатым запахом. Он участвует в процессах созревания плодов, старения листьев и отмирания отдельных органов растения. Этилен часто используют в сельском хозяйстве для получения раннего урожая. Однако избыток этого гормона может привести к преждевременному старению растений и ухудшению качества плодов.

История открытия этилена началась в конце XIX века. Немецкий химик Александер Браун в 1864 году заметил, что поблизости от уличных газовых фонарей листья деревьев желтеют и опадают быстрее обычного. Позднее, в 1901 году, русский учёный Дмитрий Нелюбов установил, что этот эффект вызывает этилен, выделяемый в процессе горения газа. В XX веке роль этилена в регуляции различных физиологических процессов растений была исследована подробно.

Этилен представляет собой молекулу C₂H₄, состоящую из двух атомов углерода, связанных двойной связью, и четырёх атомов водорода. Его синтез происходит в различных частях растений, таких как плоды, листья, цветы и корни, и начинается с аминокислоты метионина. Этот процесс активируется при воздействии различных факторов — механических повреждений, стрессовых условий и гормональных сигналов.

Этилен является очень маленькой молекулой, что позволяет ему легко проникать через клеточные мембраны и взаимодействовать с различными рецепторами внутри растительных клеток. Его химическая структура делает его высоко реакционноспособным, что позволяет ему быстро вступать в реакцию с другими веществами и изменять физиологические процессы в растениях.

Гормон синтезируется во всех органах растений: корнях, стеблях, листьях, цветках, плодах и даже в семенах. Синтез и действие этилена зависят от возраста растения, его физиологического состояния и внешних условий. Например, молодые и активно растущие ткани производят больше этилена, чем старые и зрелые.

Этилен обладает широким спектром физиологических эффектов, которые играют важную роль в жизненном цикле растений. К основным свойствам этилена относятся:

• Созревание плодов. Это соединение является основным гормоном, регулирующим процесс созревания плодов. Оно способствует изменению цвета, текстуры и вкуса плодов, делая их готовыми к употреблению.
• Опадение листьев и плодов. Этилен стимулирует отделение листьев и плодов от растений, что является важным процессом в жизненном цикле растений, особенно в осенний период.
• Ответ на стресс. Этот гормон участвует в ответе растений на различные виды стресса, такие как механические повреждения, засуха, низкие и высокие температуры. Он помогает растению адаптироваться к неблагоприятным условиям и выжить.
• Регуляция роста. Взаимодействуя с другими фитогормонами, такими как ауксины и гиббереллины, этот фитогормон координирует рост и развитие растений. Например, он может ингибировать рост стеблей и корней, способствуя при этом расширению клеток.
• Цветение. Этилен может как стимулировать, так и ингибировать процесс цветения в зависимости от вида растения и его физиологического состояния.

Этилен также участвует в сложных взаимодействиях с другими гормонами, что позволяет растениям адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды. Например, он может работать совместно с ауксинами для регулирования роста корней и стеблей, а также с абсцизовой кислотой для управления реакцией на водный стресс. Кроме того, этилен может способствовать детоксикации клеток, помогая растению справляться с вредными веществами.

Этот фитогормон играет важную роль в механизмах старения растений и опадении листьев. Он активирует ферменты, которые разрушают клеточные стенки, что приводит к отделению листьев и плодов. Это особенно важно в осенний период, когда растения готовятся к зиме.

• Этилен и стрессовые реакции. Этилен играет важную роль в регуляции реакций растений на тепловой и холодовой стресс. Это помогает растениям адаптироваться к изменяющимся климатическим условиям. Исследования показали, что этилен способствует повышению устойчивости растений к экстремальным температурам, активируя защитные механизмы на клеточном уровне.
• Созревание плодов. Учёные выяснили, что этилен ускоряет созревание томатов и бананов, что важно для их транспортировки и хранения. Применение этилена позволяет контролировать сроки созревания и обеспечивает равномерное дозревание плодов на всех стадиях их развития.
• Генетическое редактирование. Новые методы генетического редактирования позволяют улучшить постурожайное качество овощей за счёт контроля уровня этилена. С помощью CRISPR/Cas9 и других технологий учёные могут регулировать гены, ответственные за синтез и восприятие этилена, что приводит к увеличению срока хранения и улучшению качества продукции.
• Борьба с патогенами. Этилен участвует в ответах растений на патогены, что помогает улучшить устойчивость растений к заболеваниям. Этилен может активировать гены, ответственные за синтез антимикробных соединений, что помогает растениям эффективно бороться с инфекциями.
• Физиология растений. Этилен регулирует множество физиологических процессов, включая прорастание семян и старение листьев. Он может стимулировать или ингибировать прорастание в зависимости от условий окружающей среды и физиологического состояния растения. Например, в некоторых случаях этилен может ускорять прорастание семян, находящихся в состоянии покоя.

Сити-фермеры используют этилен для управления ростом и развитием растений в контролируемых условиях. Основные методы включают применение газовых баллонов с этиленом и препаратов, таких как «Этефон», которые высвобождают этилен при разложении. Эти методы позволяют фермерам контролировать созревание плодов, улучшать устойчивость растений к стрессам и оптимизировать условия выращивания. В теплицах и на вертикальных фермах этилен используется для синхронизации созревания и повышения качества продукции.

Этилен также применяют для улучшения декоративных качеств растений. Например, в цветочных теплицах этилен используется для стимулирования цветения и удлинения периода цветения. Это позволяет получать цветущие растения в нужное время, что важно для коммерческого цветочного бизнеса.

На российском рынке есть следующие препараты с этиленом:

• «Этефон» («Этрел»). Препарат, который выделяет этилен при разложении. Используется для ускорения созревания плодов и регуляции роста растений. Рекомендуемая концентрация для применения варьируется от 500 до 2000 ppm в зависимости от вида растения и цели использования.
• «Кабрио Топ». Препарат, представляющий собой фунгицид, который также способствует выделению этилена. Применяется для защиты растений от грибковых заболеваний и улучшения их общего состояния.
• «Альбит». Стимулятор роста растений, который содержит активные вещества, стимулирующие выработку этилена. Используется для повышения устойчивости растений к стрессам и улучшения их роста.
• Баллоны с этиленом. Их используют для заполнения газом закрытых помещений, таких как теплицы. Концентрация этилена контролируется с помощью специального оборудования для создания оптимальных условий.

Для эффективного применения этилена в сити-фермерстве следует соблюдать определённые рекомендации.

Оптимальная концентрация этилена зависит от вида растения и цели его применения. Например, для ускорения созревания плодов может потребоваться концентрация от 10 до 100 ppm. Важно учитывать специфику каждого вида растения, чтобы не вызвать негативных эффектов, таких как преждевременное старение или опадение листьев.

Этилен можно применять путем газации в закрытых помещениях или распылением растворов этефона. Для наполнения газом часто используются специализированные установки, которые равномерно распределяют газ по всей теплице или оранжерее. Применение растворов этефона требует точного соблюдения концентраций и равномерного нанесения на растения.

Этилен является воспламеняющимся газом, поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности при работе с ним. Обеспечьте хорошую вентиляцию и избегайте использования этилена вблизи открытого огня или искрящих устройств. Также важно использовать защитное оборудование, такое как маски и перчатки, при работе с препаратами, выделяющими этилен. При использовании баллонов с этиленом необходимо следить за их герметичностью и хранить в местах, защищённых от прямого солнечного света и высоких температур.

• Созревание бананов. В крупных логистических центрах для фруктов и овощей этилен используется для ускорения созревания бананов, которые поступают на рынок в зелёном виде. Это позволяет обеспечить потребителей спелыми и ароматными плодами в нужное время.
• Цветочные теплицы. В цветочных теплицах этилен применяется для синхронизации цветения декоративных растений, таких как хризантемы и орхидеи. Это помогает фермерам получать цветущие растения к важным коммерческим датам, например, к праздникам.
• Теплицы с овощами. В теплицах, где выращивают томаты и огурцы, этилен используют для улучшения равномерности созревания плодов, что облегчает их сбор и повышает качество продукции.

Этилен продолжает оставаться объектом активных исследований. Учёные работают над созданием новых препаратов и методов его применения, которые повысят эффективность сельскохозяйственного производства и снизят его негативное воздействие на окружающую среду. Например, разработки в области нанотехнологий могут позволить создавать препараты с контролируемым высвобождением этилена, что обеспечит более точное регулирование процессов роста и созревания растений.

Кроме того, генетическое редактирование растений с целью изменения их чувствительности к этилену открывает новые возможности для создания сортов с улучшенными характеристиками. Это может включать повышение устойчивости к болезням, улучшение качества плодов и увеличение урожайности.

Этилен играет ключевую роль в управлении ростом и развитием растений как в традиционном сельском хозяйстве, так и в сити-фермерстве. Благодаря своим уникальным свойствам он позволяет контролировать созревание плодов, повышать устойчивость растений к стрессам и оптимизировать условия их выращивания. Правильное применение этилена может существенно улучшить качество и количество сельскохозяйственной продукции, делая его незаменимым инструментом для современных фермеров.

Понимание механизмов действия этилена и развитие новых методов его использования помогут обеспечить стабильные и высокие урожаи, а также улучшить качество продукции. Это особенно важно в условиях растущего населения планеты и увеличивающейся нагрузки на аграрные системы. Этилен и дальше будет оставаться важным объектом исследований и разработок, направленных на повышение эффективности и устойчивости сельского хозяйства.

Больше полезных статей:

Блог сити-фермера. Продвинутая теплица на летней даче

Выбираем органические удобрения для сити-фермы в квартире

Технологии в каждый дом: обзор компактных умных ферм