ứng dụng của giberelin đối với cây trồng

Gibberelin là một hoocmon thực vật với những cấu tạo và tính chất phù hợp với cấu tạo của cơ thể cây trồng nên nó đóng vai trò kích thích qua nhiều hình thức đối với giai đoạn sinh trưởn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

TP HCM KHOA: CNSH & KTMT

TIỂU LUẬN : SINH LÝ THỰC VẬT

Đề tài:

ỨNG DỤNG CỦA GIBERELIN ĐỐI VỚI CÂY

TRỒNG

GVHD : Lê Thị Thúy

MỤC LỤC

Lời nói đầu trang2

I.Nguồn gốc, lịch sử ra đời và phát triển .trang 3

II Khái niệm, cấu tạo, tính chất, phân loại và sự sinh tổng hợp Gibberelin

trang 3

III.Sự sinh tổng hợp gibberelin trang 4

IV.Vai trò của gibberelin trang 6

V Cơ chế tác dụng của giberelin trang 7

VI Ứng dụng của gibberellin với cây trồng trang 8

VII Độc tính của gibberellins trang 13

VIII Kết luận trang 13

IX Tài liệu tham khảo trang 14

LỜI NÓI ĐẦU

Trong lĩnh vực nông nghiệp, vấn đề tạo ra những loại cây trồng có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt góp phần cung cấp sản phẩm đạt hiệu suất cao không chỉ là bản năng tìm ẩn trong cây trồng mà bên cạnh đó chúng ta cần phải bổ sung thêm chất kích thích nhân tạo cũng như là chất điều hòa sinh trưởng gibberelin Gibberelin là một hoocmon thực vật với những cấu tạo và tính chất phù hợp với cấu tạo của cơ thể cây trồng nên nó đóng vai trò kích thích qua nhiều hình thức đối với giai đoạn sinh trưởng và phát triển ở cây: kích thích sự kéo dài của thân cây, sự nảy mầm của hạt, sự ra hoa, vì vậy mà nó được ứng dụng khá là rộng rãi ở từng giai đoạn phát triển của cây và được ứng dụng ngay cả ở lĩnh vực công nghiệp đặc biệt là kỹ thuật lên men sản xuất bia bằng cách kích thích hoạt tính của enzim có vai trò thủy phân tinh bột trong hoa, quả

I.Nguồn gốc, lịch sử ra đời và phát triển

1.Nguồn gốc

Gibberelin thuộc nhóm phytohormone được phát hiện sau auxin Nó là kết quả của

những sự nghiên cứu về bệnh ở lúa cụ thể là “bệnh lúa von”, do một loài nấm Fusarium

moniliforme ký sinh ở lúa Gibberella gây ra.

Bệnh von ở lúa

Bệnh lúa von còn gọi là bệnh mạ đực, bệnh thối gốc , hay bệnh vươn lóng Bệnh có thể xuất hiện và gây hại từ khi cây lúa ở giai đoạn còn non đến khi trưởng thành

Ngày nay gibberellin ở nhiều nguồn khác nhau như ở các loại nấm, ở thực vật bậc thấp và thực vật bậc cao

2.Lịch sử ra đời và phát triển

Vào năm 1926, Kurosawa đã thành công về thí nghiệm gây “bệnh von”nhân tạo ở lúa

và ngô

Yabuta đã tách được hai chất dưới dạng tinh thể từ nấm lúa non gọi gibberelin A và B nhưng chưa xác định được bản chất hóa học của chúng

Năm 1955 hai nhóm nghiên cứu của Anh và Mỹ đã phát hiện ra acid gibberellic ở cây lúa bị bệnh lúa von và xác định được công thức hóa học của nó là C19H22O6

Đến năm 1956, West, Phiney, Radley đã tách được gibberellin từ các thực vật bậc cao

và rút ra kết luận phytohormone tồn tại trong các bộ phận của cây

Hiện nay đã có trên 50 loại gibberellin và ký hiệu A1, A2, A3, A52 Trong đó gibberellin A3 (GA3) là acid gibberellic có tác dụng sinh lý mạnh nhất

II Khái niệm, cấu tạo, tính chất, phân loại và sự sinh tổng hợp Gibberelin

1.Khái niệm

Gibberellin là một hoóc môn sinh trưởng, có tác dụng điều chỉnh sự sinh trưởng và phát triển ở thực vật như: kích thích sự dài ra của thân, sự nảy mầm của củ và hạt khi chúng đang ở trạng thái ngủ, sự ra hoa, biểu hiện gen, kích thích enzym và tình trạng già yếu của lá cũng như quả

2.Cấu tạo và phân loại

Về mặt cấu tạo, gibberelin là những terpenoid, được cấu tạo từ 4 đơn vị isopren (C5):

CH2=C(CH3)-CH=CH2

Về mặt phân loại,có khoảng 126 chất gibberellin có nguồn gốc từ thực vật, nấm và vi khuẩn Trong đó axít gibberellin còn gọi là gibberellin A3( GA3) là chất có tác dụng sinh học lớn nhất

GA3 có công thức phân tử: C19H22O6

Công thức cấu tạo của GA3:

Các gibberellin A2, A10 đến A15, A24 và A25 tách được từ nấm Fusarium

moniliforme Các gibberellin A5, A6, A8, A16 đến A23, A26 đến A32 có thực vật bậc

cao, còn gibberellin A1, A3, A4, A7 và A9 có cả ở nấm Fusarium moniliforme và thực

vật bậc cao

3.Tính chất

Gibberellin trong phân tử không chứa nitơ, hòa tan kém trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ bình thường

Gibberellin có tính vận chuyển không phân cực, có thể di chuyển theo kiểu hướng ngọn và hướng gốc tùy nơi sử dụng Gibberellin di chuyển trong hệ thống mạch dẫn với vận tốc từ 5- 25 mm trong 12 giờ.Trong cơ thể gibberelin tồn tại ở dạng tự do và dạng liên kết như auxin, chúng có thể liên kết với glucose và protein

III.Sự sinh tổng hợp gibberelin

Gibberellin được tổng hợp từ mevalovic acid có trong phôi đang sinh trưởng, trong các cơ quan đang sinh trưởng khác như lá non, rễ non, quả non và trong tế bào ở bào quan lục lạp

Sự sinh tổng hợp Gibberelin gồm có 3 giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1: Chuyển hóa mevalonic acid thành ent-kaurene

- Giai đoạn 2: Chuyển hóa ent-kaurene thành gibberellin prototype, GA12-aldehyde

- Giai đoạn 3: Chuyển hóa GA12-aldehyde thành C20, từ đó hình thành C19-GA với những con đường khác nhau cuối cùng tạo được gibberelin ở các dạng khác nhau

Sơ đồ sinh tổng hợp Gibberelin:

Quá trình sinh tổng hợp gibberelin được diễn ra như sau:

Mevalonic acid là chất khởi đầu cho sự sinh tổng hợp gibberelin có nguồn gốc từ Acetyl CoA trong con đường hô hấp Đầu tiên mevalonic acid biến đổi thành mevalonic acid pyrophosphate, sau đó hình thành isopentenyl pyrophosphate, từ chất này sẽ tách ra theo hai hướng: hướng tổng hợp cytokinin, abscisic acid và hướng tạo thành ent-kaurene

sẽ dẫn đến sự thành lập các phân tử gibberellin Trong quá trình sinh tổng hợp có thể có mặt của các chất làm chậm sinh trưởng trong bước chuyển hóa từ geranylgeranyl pyrophosphate thành copyl pyrophosphat Các chất làm chậm sinh trưởng gốc pyrimidine, triazole, tetcyclacis và inabenfide cũng ức chế sự biến đổi từ ent-kaurene thành kaurenol, từ kaurenol thành kaurenal, từ kaurenal thành ent-kaurenoic acid

IV.Vai trò của gibberelin :

Gibberelin đóng vai trò đặc biệt đối với từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển trong chu trình sống của cây

1.Kích thích sự sinh trưởng của cây theo chiều dọc

- Kích thích sự kéo dài của tế bào

Gibberelin kiểm soát hướng đặt các vi sợi celluloz (do hướng đặt của các vi ống ở ngoại vi tế bào quyết định), từ đó nó cảm ứng sự đặt các vi ống theo hướng ngang ở nhiều kiểu tế bào.Gibberelin hạ thấp nồng độ Ca2+ trong vách và do đó giúp sự kéo dãn vách Gibberelin cản hoạt động của các peroxidaz vách tế bào, do đó làm chậm sự hoá cứng của vách, hiện tượng do sự tạo lignin dưới tác dụng của các peroxidaz

-Sự kéo dài của thân

Gibberelin gây kích thích lên pha giãn của tế bào theo chiều dọc kết quả dẫn đến sự sinh trưởng mãnh mẽ làm kéo dài của thân cũng như là sự vươn dài của lóng từ đó làm tăng sinh khối của cây Dưới tác động của gibberellin làm cho thân cây tăng chiều cao rất mạnh, ngoài ra còn thúc đẩy sự phân chia tế bào

-Sự kéo dài lóng và tăng trưởng lá:

Đối với sự kéo dài ở lóng, gibberelin vừa đóng vai trò trong sự kéo dài và phân chia tế bào thân Gibberelin kích thích mạnh sự phân chia tế bào nhu mô vỏ và biểu bì

Ví dụ: xử lý gibberelin làm tăng năng suất mía cây và đường đó là kết quả của sự kích thích sự kéo dài lóng

Giberelin ở liều lượng cao kích thích mạnh sự tăng trưởng lá diện tích có thể gấp đôi bình thường

2.Kích thích sự nảy mầm của hạt,củ

sự nảy mầm của hạt

- Gibberellin kích thích sự thức dậy của các mầm, chồi của hạt và củ khi chúng còn đang ngủ nghỉ và hàm lượng của nó tăng mạnh lúc hạt nảy mầm, nảy chồi Gibberellin kích thích sự tổng hợp của enzyme amilaza và các enzyme thuỷ phân khác như protease, photphatase làm tăng hoạt tính của các enzyme này thúc đẩy quá trình phân hủy tinh bột thành đường, tạo nguồn nguyên liệu và năng lượng cho quá trình nảy mầm

- Gibberelin còn ảnh hưởng đến pha sinh trưởng kéo dài của phôi làm cho phôi dài ra, chui ra vỏ hạt mở đầu cho thời kì nảy mầm của hạt

3.Kích thích sự ra hoa

Gibberellin kích thích sự ra hoa của cây Dưới tác động của gibberellin những cụm hoa sinh trưởng và kéo dài một cách nhanh chóng, vì vậy mà nó kích thích cây ngày dài

ra hoa trong điều kiện ngày ngắn

Gibberellin còn có khả năng ảnh hưởng đến sự phân hóa giới tính của hoa, có xu hướng ức chế sự phát triển hoa cái và kích thích sự phát triển hoa đực

4.Kích thích sự sinh trưởng của quả và tạo quả không hạt.

Gibberellin có vai trò khá là đặc biệt, làm tăng kích thước của quả và có ứng dụng đặc biệt trong việc tạo quả không hạt tương tự như auxin Hiệu quả này càng rõ rệt khi phối hợp tác dụng với auxin

V Cơ chế tác dụng của gibberellin

Sở dĩ gibberelin có những vai trò đặc biệt chính vì bản thân nó có những cơ chế tác động đối với cơ thể của cây trồng và cơ chế đó được thể hiện:

1.Kích thích sự hình thành và giải phóng enzym thủy phân amylase, protease:

Cơ chế tác động của gibberellin được nghiên cứu khá kỹ là hoạt động của enzyme thủy phân trong các hạt nảy mầm Gibberelin có vai trò cảm ứng hình thành enzim thủy phân này, đối với hạt đang ngủ nghỉ thì phytohormon rất thấp, khi chúng ta ngâm những hạt này trong nước, gibberelin ở phôi được di chuyển sang phôi nhũ và hoạt hóa quá các quá trình tạo các enzim thủy phân chuyển hóa các chất dữ trữ thành các chất đơn giản cần cho quá trình hô hấp cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho quá trình sinh trưởng của phôi hạt

2.Hoạt hóa bơm proton

Cơ chế kích thích giãn của tế bào bởi gibberellin cũng liên quan đến hoạt hóa bơm proton tương tự

như auxin Tuy nhiên các tế bào nhạy cảm với auxin và gibberellin khác nhau có những đặc trưng khác nhau dẫn đến các nhân tố tiếp nhận hormone khác nhau trong các

3.Hoạt hóa gen

Gibberellin gây nên sự giải ức chế gen chịu trách nhiệm tổng hợp các enzyme này mà trong hạt đang ngủ nghỉ chúng hoàn toàn bị trấn áp bằng các protein histon Gibberellin đóng vai trò như là chất cảm ứng mở gen để hệ thống tổng hợp protêin enzyme thủy phân hoạt động

VI Ứng dụng của gibberellin với cây trồng

Ứng dụng cơ bản của chất điều hòa sinh trưởng thực vật không chỉ giới hạn trong việc điều chỉnh ra hoa ra trái như chúng ta thường nghĩ, mà còn có thể tác động hầu hết các lĩnh vực sản xuất nông nghiệp nhằm phục vụ yêu cầu của con người Sau đây là những ứng dụng cơ bản của chất điều hòa sinh trưởng thực vật GA trong nông nghiệp

1.Kích thích nhanh sự sinh trưởng của cây tăng chiều cao, tăng sinh khối

Đây là lĩnh vực được ứng dụng phổ biến và quan trọng nhất của chất điều hòa sinh trưởng.Đối với những cây trồng cần chiều cao như cây lấy sợi, cây mía…thì sử dụng GA đều có thể đạt hiệu quả cao Nếu phun dung dịch GA nồng độ 20 – 50 ppm có thể làm chiều cao cây đay tăng gấp 2 lần và khi phun GA cho mía cũng làm tăng chiều dài lóng

và tăng sản lượng rõ rệt Đặc biệt đối với các cây bị đột biến lùn, khi xử lý GA làm cây trở nên cao bình thường

Với các cây rau, việc tăng sinh khối có ý nghĩa rất

quan trọng vì làm tăng sản lượng nông sản thu hoạch

Vì vậy mà người dân đã tìm đến chất kích thích sinh

trưởng Auxin và GA Phun dung dịch Auxin hoặc GA

cho các loại rau ăn lá đều làm tăng năng xuất rất

nhiều so với lúc bình thường Một thí nghiệm ở TP

Hồ Chí Minh, phun GA nồng độ 20 ppm hai lần vào

ngày thứ 7 và 14 sau khi trồng, năng xuất rau xà lách

đạt 35 tấn/ha, tăng hơn không phun

tới 10 tấn với cây rau cải ngọt cũng cho kết quả tương tự Rau xà lách

2 Tăng kích thước và năng suất quả

Đây là hướng ứng dụng rất quan trọng đối với các cây ăn quả Đối với các cây nho và táo, việc xử lý GA là biện pháp phổ biến ở nhiều nước để làm tăng năng suất và phẩm chất của chúng Ở Mỹ và Nhật từ năm 1952 đã bắt đầu dùng GA trong nghề trồng nho,

họ sử dụng chất ADHS (Alar) cho nho, táo cũng có hiệu quả tăng năng suất rõ rệt

3.Kích thích sự ra rễ phụ của cành giâm, cành chiết

Hướng này được ứng dụng vào việc nhân giống vô tính cây trồng Nhiều nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu cơ sở sinh lý của sự tái sinh rễ phụ và ứng dụng vào việc nhân giống vô tính nhiều loại cây ăn quả, cây công nghiệp, cây cảnh, cây làm thuốc

Đối với cành giâm có 3 phương pháp xử lý chính là phương pháp nhúng nhanh gốc cành giâm trong dung dịch kích thích ra rễ có nồng độ cao (khoảng 1.000 – 10.000 ppm) trong 3 – 5 giây rồi cắm vào giá thể, phương pháp ngâm lâu gốc cành trong dung dịch loãng (từ vài chục đến vài trăm ppm) trong 12 – 24 giờ và phương pháp phun lên lá thay cho xử lý cành giâm Phương pháp xử lý nhanh trong nồng độ đặc thường cho hiệu quả cao hơn cả với hầu hết các đối tượng cành giâm

Auxin thường được sử dụng kích thích ra rễ cho cành chiết bằng cách xử lý nồng độ cao (xử ký nhanh) và xử lý nồng độ thấp (xử lý chậm) giống như với cành giâm Có thể pha dung dịch với nồng độ cao rồi bôi lên chổ khoanh vỏ Cũng có thể pha nồng độ loãng rồi trộn vào bầu chiết

4 Điều khiển sự ngủ nghỉ của cơ quan thực vật

Người ta đã sử dụng chất điều hòa sinh trưởng thực vật để phá bỏ hoặc kéo dài thời gian ngủ nghỉ của hạt, củ và căn hành tùy theo mục đích của mình

Để phá bỏ trạng thái ngủ nghỉ thường sử dụng chất GA Khi xâm nhập vào cơ quan đang ngủ nghỉ, GA sẽ làm mất cân bằng hormon lệch về phía thuận lợi cho sự nảy mầm Việc phá ngủ nghỉ cho củ khoai tây mới thu hoạch bằng GA đã được ứng dụng từ khá lâu ở nhiều nước và ở nước ta

Ứng dụng này được thể hiện bằng sự nghiên cứu của trường Đại Học Nông Nghiệp I

ở Hà Nội đã thành công biện pháp phá ngủ nghỉ cho củ khoai tây thu hoạch vụ Đông để

có mầm kịp trồng cho vụ Xuân bằng phun dung dịch GA Kết quả tỷ lệ nảy mầm hạt trên 90% trong 5 – 7 ngày Nếu xử lý GA kết hợp với nhiệt độ thấp (7 – 10o C) thì có thể phá ngủ nghỉ cho bất kỳ đối tượng ngủ nghỉ nào

Bên cạnh sự đánh thức trạng thái ngủ của hạt,củ Trong lĩnh vực bảo quản, việc kéo dài thời gian ngủ nghỉ của sản phẩm là yếu tố rất quan trọng Để kìm hãm sự nảy mầm

củ khoai tây người ta thường xử lý chất IPCC (Isopropyl chlorocar – baminate), MH hoặc MENA (methyl ester của NAA) Để bảo quản hành, tỏi chống tóp và chóng nảy mầm, khi ta xử lý MH ở nồng độ 500 – 2500 ppm

5.Điều chỉnh sự ra hoa của cây

Người ta cũng xử lý GA kích thích cho xà lách, bắp cải, xu hào…ra hoa để lấy hạt trong điều kiện nhiệt độ cao, không cần qua nhiệt độ thấp của mùa đông, hạt vẫn đạt tỷ

lệ mầm cao

Chất điều hòa sinh trưởng cũng được sử dụng để tăng số lượng hoa, rút ngắn thời gian

ra hoa ở cây cảnh (cúc, huệ, loa kèn, lay ơn…) Trường Đại Học Nông Nghiệp I Hà Nội

xử lý GA phối hợp nhiệt độ thấp cho cây loa kèn ra hoa sớm 1 – 2 tháng, làm tăng hiệu quả kinh tế lên rất nhiều

Cây cà phê thường ra hoa kéo dài trong nhiều tháng làm cho thời gian chín của trái cũng kéo dài, gây khó khăn cho việc thu hoạch Tại Bảo Lộc (Lâm Đồng) đã phun GA vào giai đoạn hoa bắt đầu hình thành đã làm cho 80% hoa nở tập trung trong thời gian ngắn 15 – 20 ngày

6 Điều chỉnh giới tính của hoa

Hoa đực Hoa cái

Nhiều nghiên cứu đã khẳng định rằng nếu xử lý GA sẽ kích thích sự hình thành hoa đực, sự phát triển của bao phấn và hạt phấn Nếu dùng Cytokynin hoặc Ethrel thì sẽ kích thích hình thành hoa cái Ở các cây bầu bí, dưa và một số cây hoa đơn tính khác (hoa đực và hoa cái riêng rẽ), nếu xử lý Ethrel nồng độ 50 – 250 ppm có thể tạo nên nhiều hoa cái (thậm chí toàn bộ là hoa cái) làm tăng sản lượng quả rất nhiều Người ta cũng đã

xử lý MH nồng độ 100 ppm cho cây dưa chuột và thấy có tác dụng tăng số hoa cái lên rõ rệt và tăng năng suất

Trong việc sản xuất hạt lai F1 của cây họ bầu bí, người ta phun GA để tạo nên cây mang toàn hoa đực Hạt của cây bầu bí chỉ mang hoa cái (đã ngắt bỏ hết hoa đực) ở cạnh cây chỉ có hoa đực đó sẽ là hạt lai