Гормоны растений. Зеатин

Здравствуйте! На связи Сергей, и мы продолжаем изучать гормоны растений. Сегодняшний герой — фитогормон из класса цитокининов под названием зеатин.

Общие характеристики

• Тип вещества — стимулятор, фитогормон группы цитокининов.
• Химическая формула — C₁₀H₁₃N₅O.
• Химическое название — (6-(4-окси‑3-метилтранс‑2-бутенил)-аминопурин).
• Молярная масса — 219,25 г/моль.
• Температура плавления — 210 градусов Цельсия.
• Растворимость в воде — хорошо растворим.
• Форма — кристаллический порошок от белого до жёлтого цвета.
• Условия хранения — в герметичной упаковке, без доступа света и воздуха, до трёх лет.
• Синонимы — Транс-зеатин, Trans-Zeatin, Zeatin.
• Токсичность — умеренно токсичное вещество, летально для мышей в дозе 2200 мг/кг веса.

Цитокинины — это большая группа химических веществ, фитогормонов, отвечающих за цитокинез, стимулирование деления клеток. Как и большинство фитогормонов, в растениях цитокинины отвечают за разные функции, например, такие как поддержание роста апикальных меристем (клеток, отвечающих за верхушечный рост), стимуляцию переноса питательных веществ, ускорение роста и ветвления корневой системы, регулирование старения тканей растения.

Зеатин. Открытие и получение

Кукуруза является, пожалуй, одной из самых популярных пищевых культур. Из неё получают крахмал, который затем используется во многих производственных пищевых процессах, да и сама кукуруза идёт в пищу как людям, так и очень распространена как кормовая культура. Сырьё, получаемое из кукурузы, применяется в фармацевтической индустрии для производства лекарств. После пшеницы кукуруза занимает второе место в мировом производстве и потреблении. Лидер в выращивании кукурузы — США. И в этой богатой и технологически развитой стране ведутся, пожалуй, самые активные исследования в области аграрного биосинтеза. Кстати, многие фитогормоны были открыты и синтезированы именно в США, в ходе исследований кукурузы.

В 1964 году учёным по фамилии Летам был получен первый натуральный цитокинин. Он был выделен из незрелых зёрен кукурузы сорта Zea mays и получил название, производное от названия сорта кукурузы — Zeatin. Как это часто бывает в науке, к открытию зеатина Летама привела случайность. В 1963 году он экспериментировал с ДНК, выделенной из эндосперма кукурузы, пытаясь прояснить её воздействие на растения (ту же кукурузу). В одном из экспериментов учёный перегрел реактивы, и в результате этого молекула ДНК денатурировала, а производные зеатина перешли в активную фазу. Спустя год данный цитокинин уже был выделен непосредственно из кукурузы путём химического синтеза.

Синтез зеатина — не самая простая химическая технология. Изначально незрелые кукурузные зёрна помещают в реактор и экстрагируют их этанолом. Далее, применяя определённый набор кислот, щелочей, нитритов и оксидов, из полученного раствора методом хромотографии выделяют действующее вещество.

Проведённые исследования показывают, что цитокинины и зеатин довольно широко представлены в тканях растений на всех стадиях роста. Но есть и другие интересные факты. Спустя примерно 10 лет после открытия зеатина другие ученые — Стаден в 1974 году, а затем Моррис и Джеймсон в 1989 году обнаружили, что пивные дрожжи могут синтезировать зеатин и другие фитогормоны. Кстати, пивные дрожжи могут синтезировать различные ферменты, например тот же инсулин. И благодаря дрожжам жизнь людей с сахарным диабетом стала более безопасной. Из сказанного можно сделать вывод, что зеатин и другие гормоны мы можем получать в том числе и путём биологического синтеза.

В природе встречаются несколько разных производных зеатина, его изомеры — транс-зеатин, цис-зеатин, транс-зеатинриботид, транс-зеатинрибозид, а также дигидрозеатинрибодит, дигидрозеатинрибозид и дигидрозеатин.

Свойства зеатина

Зеатин обладает довольно широким спектром эффектов, воздействующих на растение. Да, цитокинины и так присутствуют в тканях растения, но при дополнительной обработке растения ими, происходит сильный стимулирующий эффект. В обменных процессах растения происходит сбой. И этот сбой стимулирует развитие определённых тканей растения. К свойствам зеатина можно отнести следующие:

• Стимулирует прорастание семян. Семена можно сразу замачивать в растворе зеатина. Но чтобы сократить расход фитогормона, семена сначала можно замочить в воде, выдержать нужный период, затем воду слить, а семена опрыскать раствором зеатина.
• Ускоряет рост рассады. Если вы опоздали с высевом семян на рассаду, то ситуацию поможет исправить зеатин. На 10-й день после всходов проводят первое опрыскивание рассады фитогормоном. Далее, с интервалом 10–14 дней, проводят ещё две обработки. Это позволит вам получить здоровые, крепкие растения.
• Стимулирует деление клеток.
• При местной обработке пробуждает спящие почки.
• Стимулирует рост боковых стеблей и побегов. После обработки зеатином растение становится более кустистым.
• Стимулирует цветение, в том числе на боковых побегах.
• Стимулирует начало и интенсивность цветения, образование завязей и плодов.
• Замедляет старение растений, замедляет пожелтение листьев, даже в конце сезона.
• Способствует лучшему вызреванию плодов. Это происходит за счёт общего увеличения тонуса растения и замедления старения тканей.
• Стимулирует иммунную систему растения. Например, есть подтверждённые данные о том, что обработанные зеатином растения табака намного лучше противостоят бактериальным поражениям и быстрее восстанавливаются после них.
• В микроклональном размножении растений стимулирует образование каллусной ткани. Каллусные клетки — это клетки растений, потерявшие свою специализацию. В дальнейшем при воздействии на каллусные клетки другими фитогормонами мы можем получить разные ткани растения. Приведу очень грубый пример. Если поместить на питательную среду с зеатином черенок картофеля, то в месте его соприкосновения с питательной средой начнут образовываться каллусные клетки. Часто эти клетки даже не содержат хлорофилл. Далее получившуюся каллусную ткань можно разрезать на кусочки и поместить на питательные среды уже с другим составом. Каллусные клетки начнут специализироваться и далее из них получатся полноценные растения картофеля, имеющие корневую систему, стебель и листья.
• Поддерживает рост апикальных меристем. Меристемные клетки отвечают за рост верхушечной части растения. За счёт деления этих клеток растение растёт вверх, далее эти клетки переходят в другую форму, и рост растения прекращается. Обработка растений зеатином в период активного роста позволяет получить более высокие и пышные растения, а это, в свою очередь, приводит к общему увеличению урожая.

В сельском хозяйстве широко применяется только один изомер зеатина — транс-зеатин. Остальные производные имеют менее выраженное стимулирующее действие на растения. Воздействие зеатина подробно изучается на отдельных культурах, например на томатах, других паслёновых, крестоцветных, например на рапсе. Выше я писал о том, что зеатин был найден в тканях дрожжевых грибов. Вероятно, это вещество не вырабатывается на дрожжах просто так и имеет какое-то важное значение. Изучить метаболизм зеатина в других живых существах нам только предстоит. Однако уже сейчас есть исследования, подтверждающие, что производные зеатина способны подавлять у млекопитающих действие рецептора аденозина, тем самым оказывая иммуномодулирующее действие. Также есть данные о том, что зеатин, воздействуя на фибробласты кожи, может приводить к омолаживающему эффекту. Сразу предупрежу, что мы не рекомендуем ставить подобные эксперименты на себе, других людях или животных.

Приготовление рабочего раствора зеатина

Кристаллы зеатина хорошо растворяются в воде, так что приготовить рабочий раствор не составит труда. Есть некоторые сложности с информацией касательно концентрации зеатина в рабочем растворе для обработки разных культур. Для измерения концентрации зеатина в растворе потребуется прибор — PPM-метр. Вне зависимости от культуры обработку растения следует проводить сначала малой концентрацией фитогормона, при отсутствии эффектов концентрация плавно увеличивается. Пороговое действие для зеатина составляет 10 ppm.

Для создания рабочего раствора возьмите 50 мл дистиллированной воды и добавьте к ней зеатин. Перемешайте раствор до полного растворения фитогормона. Далее, доливая дистиллированную воду, доведите концентрацию зеатина до необходимого значения. Для измерения концентрации используйте PPM-метр. Если вы налили слишком много воды, и концентрация оказалась низкой, добавьте ещё кристаллы фитогормона.

Также с применением зеатина можно приготовить цитокининовую пасту, об этом я расскажу в отдельном материале.

Раствор зеатина применяют для опрыскивания растений. Лучше не смешивать этот гормон с удобрениями. Если вы хотите провести листовую подкормку растений, то сделать это следует за 10 дней до или после обработки растения зеатином.

Все работы, связанные с приготовлением рабочего раствора и обработкой растений зеатином, следует проводить с соблюдением мер предосторожности. На руках должны быть перчатки, рот и нос защищены маской, на глазах очки.

Раствор зеатина может храниться некоторое время, но я рекомендую все растворы фитогормонов готовить непосредственно перед применением и не хранить. Продолжительное хранение может привести к потере свойств рабочего раствора. В некоторых исследованиях есть рекомендации по хранению зеатина при отрицательной температуре до минус 20 градусов Цельсия.

На этом о зеатине всё. Надеюсь, материал был для вас полезным. Если у вас остались вопросы, задавайте их в комментариях. Всем больших урожаев!