Гормоны растений. Начало

Здравствуйте! С вами Сергей, и сегодня у нас старт новой рубрики. Статей на тему фитогормонов будет несколько. Начну я с общей информации, а дальше перейду к практическому применению гормонов растений в условиях сити-ферм, расскажу, что и как я использую сам.

Наличие в растениях веществ, отвечающих за физиологические процессы, подозревал ещё Чарльз Дарвин. Но открыли, синтезировали и разобрались с механизмом действия большинства фитогормонов только в ХХ веке. Фитогормоны относятся к низкомолекулярным веществам. В отличие от человека и животных, у растений нет специализированных органов, отвечающих за выработку гормонов. Практически любая растительная клетка способна вырабатывать гормоны. Эта способность не зависит от сложности растения, гормоны есть даже у самых простых водорослей.

Особенностью гормонов является то, что вырабатываются они в малом количестве, и в таком же малом количестве оказывают воздействие на растительные организмы. Гормоны имеют адресный характер, они воздействуют только на определённые клетки растений. Фитогормоны обеспечивают и регулируют метаболизм растения, отвечают за формирование пола, старение растения, выход из периода покоя и переход в него. Также фитогормоны помогают растениям адаптироваться к неблагоприятным факторам окружающей среды. Даже за процесс поворота верхушки растения к свету отвечают в том числе и фитогормоны. Предлагаю в этом материале рассмотреть общую информацию о группах фитогормонов, а в следующих — перейти к их практическому применению. Забегая вперёд, скажу, что я очень активно применяю разные группы фитогормонов.

Ауксины

Эта группа веществ, пожалуй, была открыта самой первой. Ауксины — это производные индола. Можно выделить следующие группы веществ: индолил-3-масляная, 4-хлориндолил-3-уксусная, 3-(3-индолил)-пропионовая, и 3-индолил-уксусная кислоты. Самый известный представитель ауксинов — наверняка знакомый вам гетероауксин. Это индолил-3-уксусная кислота. Под таким названием это вещество можно купить в специализированных садовых магазинах.

Все ауксины обладают очень высокой активностью, для воздействия на растения нужно использовать очень маленькое количество этих веществ. Ауксины стимулируют созревание и рост плодов. Отвечают за рост побегов и ветвей, обеспечивают поворачивание растения к свету, отвечают за рост корней вниз. Недостаток ауксинов может привести к увяданию листьев растений.

Ауксинам приписывают влияние на рост клеток за счёт их растяжения. Отвечают они за деление клеток и увеличивают рост боковых корней.

Свойства ауксинов

• Черенкование растений. Ауксины стимулируют образование корней. Черенки, срезанные для размножения, обрабатывают ауксинами или помещают в среду богатую ими.
• Пересадка растений. Любая пересадка — большой стресс для растения. Использование ауксинов на этом этапе увеличивает скорость роста и восстановления повреждённой корневой системы растения.
• Стимуляция плодообразования. Если на ранней стадии цветения опрыскать растения раствором ауксинов, это приведёт к ускорению созревания завязей, увеличению их количества и, как следствие, ускорению плодообразования. Чаще всего применяют этот метод для томатов, перцев и огурцов. Но подойдёт он и для любых других растений, в том числе яблонь, слив и винограда. Также применение ауксинов приводит к уменьшению опадания плодов.
• Подготовка к заморозкам и холодам. Ауксины повышают стойкость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды. Для того чтобы растения лучше перенесли, например, весенние заморозки, их можно опрыскать раствором ауксинов. Делать это нужно заранее, за несколько дней до начала заморозков.
• Средство от сорняков. Некоторые ауксины в больших дозах могут угнетать рост растений, поэтому их часто используют в качестве гербицидов для выборочного избавления от сорняков.

Цитокинины

Эта группа химических веществ в растениях отвечает за деление клеток, образование и рост побегов. Большинству любителей орхидей знакома цитокининовая паста. Применяют её для пробуждения спящих почек и узлов роста. Некоторые растения могут дать боковой побег даже не из почки, а просто из произвольной части ствола или ветви. Открыли цитокинины относительно недавно, в 1955 году, в экспериментах на табаке. И только в 1974 году был выделен первый натуральный цитокинин, который называется зеатин. Это вещество было выделено из кукурузы и сейчас активно применяется при микроклональном размножении растений.

Свойства цитокининов

• Пролиферация клеток растения. Это процесс образования клеток одного органа из клеток другого органа растения, завершившего свой рост. Например, из апикальной меристемы цветка с помощью цитокининов можно вырастить не части цветка, а побег с листьями.
• Координация жизненного цикла растения. Цитокинины регулируют жизнедеятельность растения в зависимости от доступности минерального питания. Например, с помощью правильно подобранного питания и применения ауксинов можно заставить растение пропустить период покоя и стимулировать активный рост зелёной массы.
• Ингибирование развития корневой системы. Говоря проще, использование цитокининов замедляет рост корневой системы и стимулирует развитие надземной части.
• Замедление старения растений. Практически все цитокинины предотвращают процесс старения листьев и других частей растения. Правильное применение цитокининов может вызвать вторую волну роста даже у сезонных однолетних растений.
• Цитокинины являются антагонистами ауксинов и гиббереллинов.

Гиббереллины

Эта группа фитогормонов была открыта японским учёным Е. Куросавой в первой половине ХХ века при исследовании заболевания риса. Учёных интересовала увеличившаяся скорость роста побегов этого злака. Опытным путём было установлено, что таким образом на рис влиял гриб Gibberella fujikuroi Sow. Заражённые грибом растения аномально удлиняли междоузлия и практически не плодоносили. В 1935 году учёный Т. Ябута выделил чистый гиббереллин в кристаллической форме из гриба.

Но гиббереллины синтезируются и самим растением, известно их более сотни. Характер воздействия на растения многих гиббереллинов нам до сих пор полностью не известен.

Свойства гиббереллинов

• Стимулирование прорастания семян. В тот момент, когда возникают подходящие для прорастания условия, именно гиббереллины дают команду семени на переработку запасённых веществ и активацию программы роста. Гиббереллины отвечают за запуск процесса переработки запасённых жиров и белков в глюкозу. А глюкоза, в свою очередь, является основным источником энергии для роста и развития растений. Ускоряют гиббереллины прорастание клубней и луковиц после периода покоя. В магазинах можно встретить порошки или жидкости на основе гиббереллинов для ускорения прорастания семян и замачивания клубней.
• Пробуждение спящих почек. Вообще, за этот процесс отвечают ауксины, именно они дают команду почке проснуться. Но ауксины являются ингибиторами (активаторами) гиббереллинов, они действуют совместно. И после активации именно гиббереллины отвечают за рост новых побегов и листьев.
• Стимулирование роста корня. Гиббереллины влияют на рост корней. При этом они блокируют ризогенез — боковое ветвление корней, и стимулируют рост основного корня. Это может потребоваться тогда, когда нам нужно получить растения с мощной корневой системой.
• Получение бессемянных плодов крупного размера. Обработка гиббереллинами, например, бананов или винограда на определённой стадии цветения приводит к тому, что внутри плодов семена не образуются, а сами плоды становятся крупнее, иногда в два-три раза. Думаю, многие из вас видели очень крупный бордовый виноград в супермаркетах. Продают его обычно в зимний период. Размер его может достигать некрупной сливы, а в плодах отсутствуют косточки. Так вот, это не «мутантский» виноград, и он не подвергался генной модификации, просто в определённый период роста лозу опрыскали смесью гиббереллинов.
• Влияние на пол растения. Обработка молодых двудомных растений гиббереллинами приводит к увеличению количества мужских особей. Правда, в этом направлении исследований проводилось пока немного, и требуются дополнительные уточнения по конкретным сортам растений.

Этилен

Этилен — довольно простое вещество газообразной формы. Для растений этилен является гормоном механического стресса. Открыли воздействие этилена на растения довольно давно, ещё в те времена, когда освещение улиц, а часто и помещений осуществляли природным газом. Д. Н. Нелюбов в своей лаборатории заметил неестественное изгибание ростков гороха. Биологическое расследование привело к осветительному газу как виновнику этого явления. На тот момент основные компоненты газа были известны, и после проверки по очереди каждого из них было открыто воздействие этилена.

Интересен этилен тем, что растения могут сами его синтезировать в ответ на неблагоприятные факторы внешней среды. Растения могут улавливать этилен из воздуха и реагировать на него так же, как и на этилен, синтезируемый внутри растения. Массово этилен в сельском хозяйстве при выращивании не применяется, в силу отрицательного воздействия на растения. Но его используют для стимулирования созревания уже срезанных плодов.

Свойства этилена

• Влияние на тропизм растения. Под действием этилена блокируется рост растения вверх и стимулируется боковое ветвление. Такое поведение растения может быть оправдано в тех случаях, когда над ним находится предмет, закрывающий свет, например, более крупное растение. В этом случае хорошей стратегией может быть рост вбок, с целью выбраться из тени более высокого соседа.
• Утолщение стебля растения. Этилен делает растение более коренастым, под его воздействием ствол и ветви начинают расти вширь, становясь более толстыми. По идее, это свойство можно использовать при выращивании бонсай, но я не слышал про такие приёмы.
• Стимулирование роста аэренхимы. Аэренхима — это воздухоносная ткань растения с увеличенным межклеточным пространством. Образуется эта ткань обычно у растений, подверженных периодическому затоплению. Благодаря ей растение сохраняет функции дыхания даже в том случае, когда почва, на которой оно растёт, полностью затоплена.
• Старение растений. Этилен — основной гормон, отвечающий за сбрасывание растением листьев. Под его воздействием растение начинает забирать питательные вещества из листьев, листья желтеют, сохнут и опадают.

Абсцизины

Абсцизины — группа фитогормонов с основой на абсцизовой кислоте. Это гормон, тормозящий рост и развитие растений. Обнаружены абсцизины у многих растений, хотя у некоторых могут отсутствовать. Вместе с этиленом абсцизины защищают растения от неблагоприятных условий, помогают адаптироваться к изменяющимся параметрам внешней среды, отвечают за сезонное поведение растений.

Свойства абсцизинов

• Регуляция процесса покоя. Абсцизины напрямую воздействуют на активность растения. При изменении параметров внешней среды они дают команду растению прекратить рост и начать запасать питательные вещества. Происходит это в конце периода вегетации, активаторами служат изменения светового дня и понижение температуры. Также абсцизины отвечают за покой семян, клубней и луковиц.
• Стрессовая адаптация. Под воздействием неблагоприятных факторов, таких как затопление, засуха, засоление, понижение температуры, резкое сокращение продолжительности дня, абсцизины переводят растение в особый режим, замедляя обменные процессы. Например, при засухе эта группа гормонов отвечает за перераспределение воды в растении. Вода устремляется к наиболее важным с точки зрения выживаемости органам — корням, стеблю. И уходит из менее важных — листьев, новых побегов, невызревших плодов. При этом растение закрывает все устьица. Если вы в своей домашней сити-ферме подвергнете перец или помидоры стрессу засухи, то они могут сбросить цветки и завязь ради сохранения самого растения.
• Стимулирование созревания плодов. В случае резкого ухудшения условий среды за счёт абсцизинов может увеличиться скорость созревания плодов. Растение бросает все силы на то, чтобы вызрели семена, в надежде, что успеет это сделать до перехода в состояние полного покоя или гибели в случае однолетних растений. При этом рост растения полностью останавливается.

Фитогормоны не ограничиваются перечисленными мною группами. Но я постарался рассказать об основных классах этих веществ. В настоящее время учёными ведётся большая работа по изучению влияния на растения разных веществ. Уже созданы группы фитогормонов, не встречающихся в природе. Под их воздействием растения становятся более стрессоустойчивыми, увеличивается скорость фотосинтеза, удлиняются или укорачиваются междоузлия, стимулируется цветение.

Растения — очень сложные живые существа. В некоторых современных научных работах учёные делают смелые предположения о наличии у растений нервной системы и сознания. Приходят они к таким выводам, всё больше и больше погружаясь в том числе и в изучение фитогормонов и процессов обмена информацией внутри растения. Стоит сказать, что система восприятия мира растением и выбора способа реакции на окружающую среду у растений совсем не такая, как у человека, поэтому заявления о наличии сознания у растений не стоит воспринимать прямо. Если у растений и есть сознание, то оно сильно отличается от нашего.

Благодаря открытию и исследованию фитогормонов в индустрии сельского хозяйства появилась инновационная отрасль — микроклональное размножение растений. Благодаря ей мы приблизились к функциям создателей и можем из небольшого кусочка одного растения в кратчайшие сроки произвести сотни тысяч клонов, генетически неотличимых от материнского растения.

В следующих материалах я постараюсь остановиться более подробно на каждой группе гормонов растений. Попробую описать их практическое применение в условиях сити-ферм. И, конечно, продолжу тему микроклонального размножения. Всем больших урожаев!