Wykład Hormony roślinne. Autor dr hab. Renata Bogatek-Leszczyńska

Transkrypt

1 Wykład Hormony roślinne Autor dr hab. Renata Bogatek-Leszczyńska Rozwój roślin jest uzaleŝniony głównie od genomu, jednakŝe moŝe podlegać znacznym modyfikacjom, w zaleŝności od informacji (bodźców egzogennych) płynących ze środowiska oraz wpływu czynników wewnętrznych, endogennych. Podstawowymi czynnikami endogennymi o właściwościach regulacyjnych są substancje hormonalne, które kontrolują ekspresję genów i sterują programem rozwojowym rośliny przez selektywną syntezę białek. Do tej samej grupy zaliczamy równieŝ czynniki regulujące przebieg procesów metabolicznych, aktywność enzymów, transport i inne. Do czynników środowiskowych zaś naleŝą warunki świetlne, termiczne, pole grawitacyjne, dostępność wody i składników mineralnych w podłoŝu oraz gazów atmosfery. Zalicza się tu takŝe czynniki biotyczne: oddziaływanie innych organizmów na rozwój i funkcjonowanie rośliny. Niektóre z tych zagadnień poznaliście juŝ podczas dotychczasowych wykładów, pozostałe zostaną przedstawione w kolejnych wykładach. W tym wykładzie poznacie występowanie, funkcje biologiczne i praktyczne zastosowanie podstawowych fitohormonów: auksyn, giberelin, cytokinin, kwasu abscysynowego, etylenu, kwasu jasmonowego i brasinosteroidów. Dla szczególnie zainteresowanych Czytelników dodatkowo zamieszczono krótką historię odkrycia poszczególnych hormonów roślinnych. Wykład rozpocznie się od wprowadzenia, z którego dowiecie się jakie są podstawowe cechy hormonu roślinnego, co decyduje o określonym stęŝeniu hormonu w komórce, na czym polega wraŝliwości komórek/tkanek na

2 hormon i jakie są podstawowe elementy szlaku transdukcji sygnału indukowanego przez hormon roślinny. Wprowadzenie W regulacji procesów fizjologicznych uczestniczyć moŝe niemal kaŝda substancja. Jeśli regulacja odbywa się za zasadzie zapewnienia lub ograniczenia dostępu substancji odŝywczych (np. fotoasymilatów, soli mineralnych) mówimy o regulacji troficznej (Ŝywieniowej) i o substancjach pokarmowych. Substancję, której podstawową, jedyną rolą jest funkcja regulacyjna nazywamy regulatorem wzrostu i rozwoju. Biorą one udział w regulacji wielu procesów podczas wszystkich faz rozwojowych rośliny oraz w realizacji ich odpowiedzi na bodźce środowiskowe. Regulatory wzrostu powszechnie występujące w roślinach wyŝszych, aktywne w bardzo małych stęŝeniach i zdolne do przemieszczania w roślinie stanowią grupę hormonów roślinnych (fitohormonów). NajwaŜniejsze cechy fitohormonów przedstawiono poniŝej, przy czym kolorem czerwonym zaznaczono cechy regulatorów wzrostu (ale nie hormonów). Cechy hormonów roślinnych. Posiadają funkcje regulatorowe lecz nie uczestniczą w metabolizmie podstawowym rośliny Są to substancje o małej masie cząsteczkowej, produkty wtórnego metabolizmu Zdolne do przemieszczania Aktywne w bardzo niskich stęŝeniach ( ~10-6 mola l -1 ) Regulatory wzrostu są aktywne w wyŝszych stęŝeniach (~10-4 mola l -1 ) Powszechne w świecie roślin Regulatory wzrostu nie występują powszechnie, często ich występowanie w roślinie jest cechą gatunkową np. związki fenolowe, HCN, fitoaleksyny, allelozwiązki. Zwróć uwagę, jakie cechy musi posiadać substancja, będąca regulatorem wzrostu, Ŝeby mogła być uznana za hormon roślinny.

3 Dotychczas wyróŝnia się siedem klas hormonów roślinnych: auksyny (AUX), gibereliny (GA), cytokininy (CK), brasinosteroidy (BR), kwas abscysynowy (ABA), etylen (ET), kwas jasmonowy (JA). Poznano ich strukturę, szlaki biosyntezy i fizjologiczne skutki ich działania. Wiele danych wskazuje na ścisłe współdziałanie hormonów w regulacji poszczególnych procesów. Wszystkie hormony wykazują plejotropowe działanie tj. kaŝdy z nich uczestniczy w regulacji wielu procesów fizjologicznych. Co więcej, w regulacji kaŝdego procesu bierze udział zespół hormonów kompleks hormonalny. W takim kompleksie uczestniczą hormony stymulujące przebieg procesu, obok hormonów hamujących, toteŝ odpowiedź fizjologiczna zaleŝy od odpowiedniej równowagi hormonalnej. PoniŜsza tabela obrazuje udział poszczególnych hormonów w regulacji kolejnych etapów rozwoju komórki roślinnej. Współdziałanie hormonów Proces stymulacja hamowanie Podział komórki CK ABA Wzrost GA, AUX ABA, ET RóŜnicowanie AUX, CK Starzenie ABA, ET CK, AUX Współdziałanie hormonów synergistyczne lub antagonistyczne Trzeba zaznaczyć, Ŝe Ŝaden proces nie jest regulowany przez jeden, lecz przez kilka fitohormonów. Współdziałające ze sobą hormony mogą wzajemnie potęgować (działanie synergistyczne) lub wykluczać (działanie antagonistyczne) swoje efekty działania, a takŝe działać niezaleŝnie. Jak juŝ wcześniej wspomniano, efekt fizjologiczny, czyli stymulacja lub hamowanie, jest uzaleŝniony od równowagi hormonalnej, która zaleŝy od stęŝenia fitohormonów (np. proces starzenia jest stymulowany przez ABA, a hamowany przez CK). O tym stęŝeniu (jak przedstawiono na poniŝszym rysunku) decydują procesy: syntezy i degradacji hormonu,

4 wiązania lub uwalniania z nieaktywnych koniugatów oraz przebiegu i intensywności transportu hormonu z i do komórki StęŜenie (poziom) hormonu w komórce zaleŝy od: procesów prowadzących do zwiększenia stęŝenia hormonu (biosynteza, uwalnianie z form nieaktywnych, transport do komórki) procesów prowadzących do zmniejszenia stęŝenia hormonu (degradacja, wiązanie w formy nieaktywne, transport z komórki) synteza degradacja Transport do komórka StęŜenie hormonu Transport z Nieaktywne formy związane (koniugaty) wg. Kopcewicza i Lewaka (2002) Wszystkie hormony, z wyjątkiem etylenu, tworzą nieaktywne biologicznie formy zwane koniugatami, które powstają w wyniku wiązania się tych regulatorów z cukrami, aminokwasami, krótkimi peptydami i innymi związkami. Jest to proces odwracalny, dzięki czemu koniugaty stanowią rezerwową pulę nieaktywnego związku, z której hormon moŝe być w miarę potrzeb szybko uwalniany. Odpowiedź rośliny na hormon zaleŝy nie tylko od stęŝenia hormonu, ale takŝe od wraŝliwości komórki/tkanki na określony hormon. Jeśli komórki wykazują wyraźną odpowiedź nawet na niewielkie stęŝenie hormonu wskazuje to na ich duŝą wraŝliwość na dany hormon. Mówimy wtedy o kompetencji komórek lub tkanek w stosunku do danego hormonu i danej odpowiedzi fizjologicznej. Kompetencja tkanek jest wynikiem obecności w ich komórkach specyficznych receptorów hormonów. Są to białka, które mają zdolność: 1) odróŝnienia cząsteczki hormonu wśród tysięcy związków organicznych docierających do komórki, 2) związania się z hormonem w sposób odwracalny (niekowalencyjny), 3) nabycia w wyniku związania się z hormonem aktywności biologicznej umoŝliwiającej zainicjowanie ciągu zdarzeń czyli szlaku transdukcji sygnału prowadzącego do odpowiedzi fizjologicznej.

5 Proste mechanizmy przekazywania sygnałów endogennych lub bodźców zewnętrznych są związane z jedno- lub dwuskładnikowym układem transdukcji, w których bezpośrednio po odbiorze bodźca (po połączeniu cząsteczki hormonu z receptorem) następuje zwiększenie aktywności właściwych kinaz i fosforylacja (aktywacja) białek enzymatycznych lub regulatorowych. Znacznie większą złoŝonością charakteryzują się trójskładnikowe szlaki transdukcji sygnałów. Kluczową rolę odgrywają w nich wtórne przekaźniki, najczęściej powstające z udziałem białek G. NajwaŜniejszymi wtórnymi przekaźnikami są jony Ca ++, a takŝe cykliczna nukleotydy camp i cgmp oraz trójfosforan inozytolu (IP 3 ). Ostatnie doniesienia wskazują, Ŝe reaktywne formy tlenu, tlenki azotu i inne drobnocząsteczkowe substancje mogą uczestniczyć jako wtórne przekaźniki w szlaku transdukcji sygnałów. RozróŜnia się dwa rodzaje odpowiedzi fizjologicznych regulowanych hormonalnie: szybkie (5-15 minut) oraz długotrwałe (kilka godzin). Szybka odpowiedz polega na regulacji transportu jonów z/do komórki np: wzrost elongacyjny regulowany przez auksyny (jony H + i K + ) lub zamykanie aparatów szparkowych (ruch) regulowane przez ABA (wypływ jonów K + i Cl - ). Długoterminowa odpowiedź rośliny jest związana ze zmianą ekspresji genów lub ilości specyficznych białek komórkowych poprzez: indukcję/zablokowanie syntezy wybranych białek (na etapie: transkrypcji, translacji, potranslacynym przekształcaniu cząsteczek) lub zmianę intensywności degradacji białek (całkowita lub częściowa ich proteoliza). Charakterystyka hormonów roślinnych AUKSYNY hormony wzrostu Podstawową naturalną auksyną występującą powszechnie w roślinach jest kwas indolilo-3- octowy (IAA) i kwas indolilo-3-masłowy (IBA). Powszechnie stosowane są syntetyczne regulatory wzrostu o właściwościach zbliŝonych do auksyn m. in. kwas naftylo-1-octowy (NAA), kwas 2,4-dichlorofenoksyoctowy (2,4-D). Wzory podstawowych naturalnych auksyn przedstawia rysunek poniŝej.

6 Naturalne auksyny AUKSYNY hormony wzrostu 4-Cl-IAA- kwas 5-chloro-indolilo-3-octowy IAA kwas indolilo-3-octowy IBA kwas indolilo-3-butyrowy Auksyny występują w komórkach w formie wolnej i związanej Koniugaty auksyn: są to kompleksy auksyny z cukrami (glukoza i myo-inozytol); są nieaktywne biologicznie; jest to transportowa lub akumulowana forma hormonu. W tkankach roślinnych IAA występuje w formie wolnego kwasu (wtedy jest aktywny biologicznie) lub w formie związanej, jako koniugaty (estry), tworzone z cukrami, myoinozytolem, aminokwasami, peptydami i białkami. W tej formie auksyna nie jest aktywna biologicznie, natomiast moŝe być transportowana, akumulowana oraz chroniona przed degradacją. IAA jest pierwszą odkrytą auksyną. Jest on syntezowany w merystemie wierzchołkowym pędu, młodych liściach, zarodku oraz w małych ilościach w korzeniu. Transport IAA przez parenchymę ma unikalny charakter. Jest on wolny (5-20 mm/h) i kierunkowy, polarny, tzn. IAA jest transportowany bazypetalnie (do podstawy) do niŝej połoŝonych części rośliny, jednak transport ten nie jest zaleŝny od grawitacji. Ponadto IAA przemieszcza się szybko i bezkierunkowo poprzez floem (5-20 cm/h). W bazypetalnym transporcie auksyn decydującą rolę odgrywa pułapka jonowa, która polega na asymetrycznym rozmieszczeniu transporterów białkowych auksyn (PIN) co stwarza moŝliwość powstawania gradientu tego hormonu. Transportery IAA - znajdują się w plazmalemie na bazalnej (dolnej) stronie komórki. Zasadę tego transportu przedstawiono na poniŝszym rysunku.

7 Polarny transport auksyn (bazypetalny) Powoduje stałe utrzymanie w roślinie przepływu auksyn od wierzchołka pędu do korzenia, co jest waŝnym mechanizmem determinującym polarność organizmu i jego skoordynowany harmonijny rozwój. - Apoplast ma odczyn kwaśny - IAA w apoplaście występuje w formie niezdysocjowanej - Wewnątrz komórki (ph 7) IAA ulega jonizacji i nie moŝe przeniknąć plazmolemmy - Przenośniki anionu IAA - zlokalizowane w błonie komórkowej w sposób aktywny wypompowują IAA - z cytoplazmy do ściany komórkowej - Przenośniki te są rozmieszczone niesymetrycznie w cytoplazmie, znajdują się na bazalnej stronie komórek, co warunkuje kierunek transportu. wg. Kopcewicza i Lewaka (2002) Aktywność biologiczna auksyn Auksyny wpływają na wiele róŝnorodnych procesów wzrostu i rozwoju roślin tj.: stymulują wzrost wydłuŝeniowy ściany komórkowej kontrolują dominację wierzchołkową stymulują podziały komórkowe (wraz z cytokininami) odpowiadają za fototropizm, geotropizm stymulują tworzenie zawiązków korzeniowych pobudzają rozwoju owoców (partenokarpia) hamują opadaniu liści i owoców biorą udział w naprawie zranień Jedną z waŝniejszych funkcji auksyn jest pobudzenie (stymulacja) wzrostu wydłuŝeniowego roślin (co jest przedstawione na poniŝszym rysunku). Mają one pośredni wpływ na rozciągliwość ścian komórkowych. Wg jednej z hipotez (zwanej hipotezą wzrostu w wyniku zakwaszenia - wzrost kwasowy) auksyny pobudzają działanie pompy protonowej w błonach komórkowych (plazmalemie), w wyniku czego jony H + przenikają z cytoplazmy do ściany komórkowej. Powoduje to zakwaszenie ściany komórkowej i aktywację białek m.in. z grupy ekspansyn, rozrywających wiązania chemiczne (wodorowe) pomiędzy mikrofibrylami wchodzącymi w skład ściany komórkowej. Ściana wówczas staje się

8 elastyczna i zdolna do rozciągania pod wpływem ciśnienia wody, która w warunkach ułatwionego transportu przenika do wnętrza rośliny i akumuluje się głównie w wakuoli komórek. Przedstawiony mechanizm działania auksyn jest przykładem szybkiej odpowiedzi fizjologicznej stymulowanej przez hormon, która polega na regulacji transportu jonów przez błony oraz aktywacji niektórych enzymów. Auksyny stymulują wzrost elongacyjny ściany komórkowej (tzw. wzrost kwasowy) -IAA aktywuje pompę protonową zależną od ATP w plazmalemie lub ER Auksyna Ściana komórkowa -Protony przemieszczają się do apoplastu, co powoduje zakwaszenie apoplastu Plazmalema Ściana komórkowa aktywacja Wydłużanie komórki -Następuje aktywacja enzymów hydrolitycznych i rozerwanie wiązań wodorowych pomiędzy mikrofibrylami celulozowymi ściany komórkowej -To prowadzi do rozluźnienia struktury ściany komórkowej Pompa potonowa Cytoplazma Mikrofibryle celulozowe Ekspansyny Przykład szybkiej odpowiedź fizjologicznej na hormon roślinny Innym przykładem szybkiej odpowiedzi hormonalnej jest wpływ IAA na otwieranie aparatów szparkowych na świetle przez aktywację pompy protonowej, co warunkuje pobieranie jonów K + i Cl -. Z kolei w warunkach deficytu wody ABA stymuluje wypływ jonów K + i Cl - z komórek szparkowych, co uruchamia mechanizm szybkiego (chroniącego przed utratą wody) zamykania aparatów szparkowych. To zagadnienie zostało szczegółowo omówione we wcześniejszych wykładach dotyczących gospodarki wodnej rośliny. Stymulacja wzrost owoców im większa jest produkcja auksyn tym intensywniejszy jest wzrost i tym większe są owoce. Natomiast niezapłodnione kwiaty potraktowane IAA powiększają swoją zaląŝnię i przekształcają się w owoce nie posiadające nasion, co jest

9 wykorzystywane w rolnictwie do produkcji bezpestkowych owoców i warzyw. Zjawisko wytwarzania owoców bez zapłodnienia nazywamy partenokarpią. Przypomnij sobie to zagadnienie, które było omówione na poprzednim wykładzie. Hamowanie rozwoju pąków bocznych i dominacja wierzchołkowa auksyny wytwarzane są w wierzchołku wzrostu, a następnie są transportowane polarnie (bazypetalnie) w stronę korzenia. Fala auksyn, przemieszczając się w dół, wprowadza pąki boczne w stan spoczynku (uśpienia). Szczegółowo ten aspekt działania auksyn przedstawia poniŝszy rysunek. Dominacja wierzchołkowa A dominuje pąk wierzchołkowy (IAA syntetyzowany w merystemie transportowany bazypetalnie powoduje uśpienie pąków pachwinowych (spoczynek) B usunięcie pąka wierzchołkowego powoduje uwolnienie pąków bocznych C po dekapitacji umieszczenie bloczka agarowego z auksyną ( + IAA) powoduje uśpienie pąków bocznych (C=A) D po dekapitacji umieszczenie bloczka agarowego kontrolnego ( - IAA) powoduje uwolnienie pąków bocznych (D=B) Hamowanie zrzucania liści i owoców wysokie stęŝenie auksyn powstrzymuje opadanie liści i zawiązków owoców. W miarę jak liść się starzeje (np. jesienią), zawartość auksyn zmniejsza się i róŝnica w stęŝeniu auksyn pomiędzy blaszką a ogonkiem z wolna zaciera się. Gdy zniknie zupełnie tzn., gdy stęŝenie auksyn w blaszce zrówna się z ogonkiem wtedy tworzy się warstwa odcinająca i liść opada (ta sama zasada dotyczy owoców). Proces ten jest stymulowany przez etylen i kwas abscyzynowy. Ruchy roślin mechanizm ruchów roślinnych takich jak fototropizm (reakcja roślin na jednostronne oświetlenie) i geotropizm (reakcja roślin na ciąŝenie ziemskie) związana jest z nierównomiernym rozmieszczeniem auksyn w pędzie, ogonku liściowym lub korzeniu, co powoduje szybszy wzrost jednej ze stron organu i odpowiednie jego wygięcie.

10 PoniŜszy rysunek przedstawia przemieszanie się auksyn w koleoptylu traw pod wpływem kierunkowego działania światła. Fototropizm wg. Kopcewicz i Lewak Auksyny biorą udział w naprawie zranień, a takŝe tworzeniu zawiązków korzeniowych. Auksyny regulują jednak nie tylko wymienione wyŝej procesy wzrostu i rozwoju, jak początkowo przypuszczano. Obecnie na szczególne podkreślenie zasługuje ich rola w integracji róŝnych procesów w roślinie przy bardzo ścisłym współdziałaniu z innymi hormonami. Dla przykładu, auksyny wpływają na syntezę etylenu, a takŝe w niektórych sytuacjach fizjologicznych są antagonistami cytokinin (np. podczas rozwoju korzeni bocznych), ponadto współdziałają synergistycznie z brasinosteroidami. Auksyny zatem wysyłają sygnały dotyczące róŝnych procesów, uczestniczących w morfogenezie, dlatego zaliczane są przez niektórych fizjologów roślin do morfogenów. NaleŜy zatem pamiętać, Ŝe reakcja roślin na auksynę uzaleŝniona jest nie tylko od jej stęŝenia i lokalnych gradientów, ale równieŝ od jej rozmieszczenia w komórkach, rodzaju tkanki i organu oraz etapu rozwoju rośliny. Praktyczne zastosowanie auksyn stosowane jako ukorzeniacze (w niewielkich stęŝeniach), w kulturach tkankowych in vitro (pobudzają wzrost korzeni),

11 kwas 2,4-dichlorofenoksyoctowy (tzw. 2,4-D), będący syntetyczną auksyną, hamuje wzrost i rozwój roślin. Rośliny jednoliścienne są mniej wraŝliwe na 2,4-D niŝ dwuliścienne, co sprawia, Ŝe 2,4-D jest stosowany do opryskiwania trawników w celu wyniszczenia chwastów dwuliściennych, stymulacja wzrostu owoców beznasiennych Historia odkrycia auksyn Auksyny naleŝą do pierwszych hormonów jakie odkryto w roślinach. W latach 70. XIX wieku polski badacz Teofil Ciesielski, a potem Karol Darwin i jego syn Francis, obserwując ruchy roślin, a głównie wpływ siły grawitacji (geotropizm) i światła (fototropizm), wskazali na istnienie tajemniczej substancji odpowiedzialnej za kierunkowy wzrost roślin. W roku 1926 holenderski badacz Fritz Went wyizolował z odciętych koleoptyli owsa substancję wpływającą na wzrost wydłuŝeniowy pozbawionych wierzchołka siewek. Kilka lat później inny badacz - Fritz Kogl zidentyfikował i otrzymał w postaci krystalicznej substancję, którą nazwał auksyną (gr. auxin zwiększać). Gibereliny - hormon wysokości Masa molowa = Wzór chemiczny = C 19 H 24 O 6 Znanych jest obecnie ponad 130 giberelin. Gibereliny to największa grupa fitohormonów, obecnie znanych jest juŝ ich ponad 130. Gibereliny są syntetyzowane głównie w częściach wierzchołkowych korzeni i najmłodszych liściach (ale nie w merystemie), w węzłach u traw i pędów dwuliściennych, pręcikach kwiatów, rozwijających się owocach i nasionach.

12 Gibereliny w roślinach występują jako wolne związki oraz formy związane w kompleksy (koniugaty) typu glikozydów lub estrów glikozydowych, a takŝe w połączeniu z białkami. Aktywność biologiczna giberelin Gibereliny biorą udział w regulacji róŝnych etapów wzrostu i rozwoju roślin od kiełkowania nasion na powstawaniu owoców kończąc. NajwaŜniejsze funkcje giberelin: przyśpieszają kiełkowanie nasion poprzez zwiększenie hydrolizy związków zapasowych nasienia przerywają stan spoczynku pąków np. oczek w bulwach ziemniaków stymulują partenokarpię wzrost owoców bez nasion (winogron, grusza, wiśnia) stymulują wydłuŝanie łodyg (wspólne działanie auksyn i giberelin) stymulują kwitnienia u roślin krótkiego dnia opóźniają proces starzenia liści i owoców (np. cytrusowych) działają pośrednio, poprzez zmianę stęŝenia auksyn w tkance Najlepiej poznanym efektem działania giberelin jest stymulacja produkcji α-amylazy w kiełkujących ziarniakach zbóŝ (przedstawione na poniŝszym rysunku). W trakcie kiełkowania wydzielane przez zarodek, uprzednio w nim zgromadzone, gibereliny działają na komórki warstwy aleuronowej, w której są syntetyzowane α-amylazy uczestniczące w hydrolizie substancji zapasowych zgromadzonych wewnątrz zarodka (przedstawiono ten proces na poniŝszym rysunku). Dalsze badania wykazały, Ŝe giberelina zwiększa poziom mrna dla α-amylazy przez stymulację transkrypcji.

13 Gibereliny stymulacją kiełkowanie ziarniaków Giberelina stymuluje hydrolizę materiałów zapasowych Warstwa aleuronowa bielmo woda kotyledon korzeń zarodkowy α-amylaza cukry (zmodyfikowane) 1. Po zakończeniu imbibicji giberelina transportowana jest z zarodka do bielma i warstwy aleuronowej 2. W warstwie aleuronowej następuje indukcja syntezy α amylazy, która hydrolizuje skrobię zmagazynowaną w liścieniach 3. Powstające cukry (sacharoza, glukoza) transportowane są do rosnącego zarodka i rozwijającej się siewki Innym znanym efektem działania giberelin jest wpływ na wzrost wydłuŝeniowy pędu. Mechanizm działania giberelin w tym przypadku polega na zwiększaniu plastyczności ścian komórkowych. Sądzi się, Ŝe gibereliny poprzez hamowanie aktywności peroksydaz zapobiegają reakcjom, które powodują usztywnianie ścian komórkowych. Usztywnianie to następuje w wyniku wbudowania komponentów fenolowych w ścianę komórkową, takich jak np. kwas ferulowy. GA stymuluje poziom mrna enzymu β-1-3-glukanazy, hydrolizującego jeden z głównych polisacharydów ściany komórkowej bielma jęczmienia. MoŜliwe jest równieŝ indukowanie wzrostu przez zmianę poziomu wapnia w tkance. Wykazano, Ŝe jony Ca 2+ hamują wzrost hipokotyli sałaty, a zjawisko to moŝe być odwrócone przez giberelinę. Przykłady stymulacji wzrostu wydłuŝeniowego przedstawiono na poniŝszym rysunku.

14 Wzrost wydłuŝeniowy stymulowany przez giberelinę Groch karłowaty +GA zdrowe zwariowane s i e w k i r y Ŝ u Zredukowany wzrost wynika ze skrócenia międzywęźli, a nie redukcji liczby międzywęźli. Gibereliny biorą równieŝ udział w procesie wychodzenia nasion ze stanu spoczynku. Ustępowanie stanu głębokiego spoczynku podczas stratyfikacji w niskiej temperaturze przebiega w końcowym etapie równocześnie ze zwiększeniem się poziomu giberelin uwalnianych zarówno z form związanych, jak i pochodzących z biosyntezy de novo. Ten proces fizjologiczny będzie szczegółowo omówiony w następnych wykładach. W kwiatach, gdzie głównym źródłem giberelin są pręciki, hormon ten zapewnia Ŝywotność pyłku, a nawet, po zapłodnieniu Ŝywotność zygoty. Gwałtowny wzrost łagiewki pyłkowej jak równieŝ zapłodnienie jest pod kontrolą giberelin. Gibereliny wpływają równieŝ na płeć kwiatów, szczególnie roślin rozdzielnopłciowych. Wysoki poziom giberelin w tkankach lub dostarczenie ich z zewnątrz sprzyja tworzeniu się kwiatów męskich, czemu towarzyszy zwykle intensywny wzrost wegetatywny. Roślinami, u których obserwowano takie działanie giberelin są: morwa, topola, klon oraz ogórek.

15 Odpowiedz fizjologiczna na GA indukcja kwitnienia rośliny dnia krótkiego (kapusta) W warunkach krótkiego dnia kapusta tworzy rozetę i nie wybija w pęd kwiatowy. Podanie gibereliny powoduje indukcję kwitnienia w warunkach krótkiego dnia. Gibereliny biorą równieŝ udział w indukowaniu kwitnienia roślin (rysunek powyŝej). Mogą one zastępować działanie światła lub niskiej temperatury u roślin wymagających dla kwitnienia długiego dnia lub chłodzenia. Podczas indukcji kwitnienia zmienia się w roślinie zarówno ilość endogennych giberelin, jak i ich rodzaj. Retardanty mogą hamować indukcję kwitnienia poprzez obniŝenie poziomu giberelin i ograniczenie ich metabolizmu. W warunkach niesprzyjającego fotoperiodu nie dochodzi do biosyntezy giberelin i rośliny dnia długiego nie zakwitają, a rośliny dnia krótkiego pozostają w stanie rozety. W przypadku indukcji kwitnienia u poszczególnych gatunków roślin musi zadziałać określona giberelina, w określonym stęŝeniu. Rośliny dnia długiego wykazują istotną zaleŝność od giberelin o szkielecie dziewiętnasto- węglowym z grupą hydroksylową przy atomie węgla dwunastym, trzynastym i piętnastym. RównieŜ czas i miejsce stosowania gibereliny moŝe mieć znaczenie dla indukcji kwitnienia. W przypadku roślin dnia krótkiego, GA1 podana przed indukcją stymuluje kwitnienie, ale zastosowana tuŝ po indukcji działa hamująco. Szczególną cechą giberelin indukujących kwitnienie roślin, jest ich minimalny efekt na wydłuŝanie się pędów. Praktyczne zastosowanie giberelin Stymulacja wzrostu winogron beznasiennych o duŝych rozmiarach GA 4 + GA 7 + cytokininy stosowane dla polepszenia kształtu jabłek (bez wpływu na plon i smak)

16 PrzedłuŜenie trwałości owoców cytrusowych na drzewach Zwiększenie plonu trzciny cukrowej Przyspieszenie hydrolizy skrobi w produkcji piwa Zastosowanie inhibitorów syntezy giberelin pozwala otrzymać rośliny o krępym pokroju (lilie, chryzantemy, poinsecje) i zapobiega wyleganiu (zboŝa) Odkrycie giberelin W 1926 r. japoński fitopatolog E. Kurosava zaobserwował, Ŝe siewki ryŝu zainfekowane grzybem z rodzaju Giberella fujikuroi charakteryzowały się gwałtownym i nadmiernym wzrostem ( szalony ryŝ ). Około 10 lat później grupa japońskich chemików (Yabuto i Sumiki) wyizolowała z poŝywki, na której rósł ten grzyb, związek biologicznie czynny, który nazwano gibereliną. Stale są otrzymywane kolejne związki naleŝące do grupy giberelin. Obecnie znanych jest juŝ ponad 130 związków określanych wspólną nazwą gibereliny. Cytokininy regulatory podziałów komórkowych Nieaktywne formy CK połączenia N-glikozydowe z rybozą CK + ryboza == rybozyd (glukozyd) akumulowany lub/i transportowany rybozyd + P == rybotyd (fosforan glukozydu, mononukleotyd) - transportowany Najbardziej znaną, naturalnie występującą cytokininą jest zeatyna oraz izopentenyloadenina, które zazwyczaj występują w formie wolnej. Te substancje mogą jednak występować w formie związanej jako rybozydy (w połączeniu z rybozą), rybotydów (w których ryboza jest estryfikowana resztą kwasu fosforanowego) lub glikozydów (w połączeniu z innymi monocukrami).

17 Głównym miejscem syntezy cytokinin jest korzeń, skąd są one transportowane elementami przewodzącymi drewnem do nadziemnych części rośliny. Mniejsze ilości cytokinin powstają takŝe w owocach, nasionach i młodych liściach. Aktywność biologiczna cytokinin Stymulują podziały komórkowe (w kulturach in vitro) Stymulują fotosyntezę, syntezę chlorofilu Biorą udział w regulacji morfogenezy (przełamują dominację wierzchołkową, powodują wybijanie pędów bocznych) Aktywują transport asymilatów i rozwój liści Przyspieszają kwitnienie Przyspieszają rozwój owoców Symulują kiełkowanie nasion (fotoblastycznych) Skracają spoczynek pąków Zwiększają odporność na patogeny Hamują proces starzenia (liści)

18 Cytokininy opóźniają proces starzenia +CK Zubko et al., Transgenic Research 2005 Liście spryskane cytokininą nie wykazują oznak starzenia Pędy zmodyfikowanej rośliny tytoniu, zdolnej do nadprodukcji cytokinin, nie wykazują oznak starzenia nawet po 2 miesiącach od momentu odcięcia od rośliny macierzystej W ogrodnictwie i rolnictwie stosuje się teŝ syntetyczne cytokininy np.: do przedłuŝania trwałości ciętych kwiatów. Powodują ''efekt Richmonda-Langa'' czyli powstrzymują i hamują starzenie się organów i tkanek roślinnych np.: liście umieszczone w roztworze cytokininy zachowują świeŝość i zieloną barwę (przedstawione powyŝej). Cytokininy mogą odmładzać teŝ liście pobudzając wytwarzanie chlorofilu, białek, kwasów nukleinowych. Praktyczne zastosowanie cytokinin W kulturach tkankowych in vitro (benzyloadenina, benzyloaminopuryna, kinetyna) pobudzają podziały komórkowe, stymulują wyrastanie pędów bocznych Kształtowanie pokroju rośliny, rozkrzewianie roślin, zniesienie dominacji wierzchołkowej pędu głównego, wybijanie pędów bocznych, hamują wydłuŝanie pędów Odmładzanie eksplantatów (in vitro), sadzonek roślin sadowniczych Spowalnianie procesów starzenia roślin Historia odkrycia Badania prowadzące do odkrycia cytokinin zapoczątkował Haberlandt w 1913 roku, zauwaŝył on, Ŝe w izolowanych fragmentach tkanki miękiszowej ziemniaka moŝna wywołać podziały

19 komórek poprzez przyłoŝenie niewielkich fragmentów tkanki przewodzącej. W roku 1955 F. Skoog zastosował do stymulacji podziałów komórek w tkance miękiszowej tytoniu stary preparat DNA (wyizolowany ze spermy śledzia) poddany działaniu wysokiej temperatury. Otrzymany w ten sposób roztwór wykazywał zdolność do stymulacji podziałów komórkowych. Z hydrolizatu DNA udało się wykrystalizować substancję aktywną, którą nazwano kinetyną. Kinetyny nie udało się nigdy wyizolować z roślin. Jednak w roku 1964 Letham wyizolował z bielma ziarniaków kukurydzy substancję podobną do kinetyny, którą nazwał zeatyną (od Zea mays kukurydza). Etylen hormon dojrzewania, starzenia i reakcji na stres Etylen jest wyjątkowym hormonem ze względu na to, Ŝe jest gazem. Etylen jest produkowany przez wszystkie części roślin, jednakŝe intensywność jego produkcji zaleŝy od stanu fizjologicznego i typu tkanki. Najbardziej aktywna produkcja etylenu ma miejsce w tkankach merystematycznych, dojrzewających owocach, starzejących tkankach, w tkankach poddanych działaniu warunków stresowych (susza, chłód, zalanie, atak patogenu, zranienie). Etylen, jako gazowa substancja, moŝe przemieszczać się w roślinie na zasadzie dyfuzji, a poza tym moŝe dyfundować poza roślinę, oddziałując na inne rośliny ze swego otoczenia. Etylen, w przeciwieństwie do innych fitohormonów, nie tworzy koniugatów.

20 Etylen jest odpowiedzialny za zmiany morfologiczne nazywane potrójną odpowiedzią u roślin. Na czym polegają te zmiany przedstawia poniŝszy rysunek, obrazujący odpowiedź siewek rosnących w ciemności (z typowymi cechami etiolacji) na podany etylenem. Etylen reguluje wzrost i rozwój siewek hamuje wzrost elongacyjny, indukuje wzrost na grubość siewek rosnących w ciemności. Kontrola + etylen Efekty działania etylenu ( potrójna odpowiedź ): skrócenie i pogrubienie hypokotyla zahamowanie wzrostu korzeni zwiększenie kolanka podwierzchołkowego pędu Aktywność biologiczna etylenu reguluje wzrost i rozwój roślin (indukuje wzrost korzeni i hamuje wzrost wydłuŝeniowy pędów) indukuje epinastię (ruchy roślin) przyspiesza dojrzewanie owoców stymuluje kiełkowanie i wzrost młodych siewek przyspiesza starzenie przyspiesza opadanie organów (liści, owoców) Etylen został zidentyfikowany jako produkt wielu dojrzewających owoców. Dojrzewanie owoców klimakterycznych jest skorelowane ze znacznym zwiększeniem oddychania i produkcji etylenu (rysunek poniŝej). Natomiast podczas dojrzewania owoców nieklimakterycznych nie dochodzi do wzrostu tempa oddychania, a produkcja etylenu utrzymuje się na niskim poziomie.

21 Etylen reguluje dojrzewanie owoców klimakterycznych O W O C E klimakteryczne nieklimakteryczne jabłka cytrusy banany winogrona figi ananasy mango truskawki pomidory arbuzy śliwki brzoskwinie wg. Taiz i Zeiger, 2006,Plant Physiology (zmodyfikowane) Zmiany intensywności oddychania i produkcji etylenu podczas dojrzewania bananów Ponadto etylen jest bardzo skuteczny w przyspieszaniu dojrzewania niektórych owoców jak cytryny, pomarańcze, które dojrzewając na drzewie nie wykazują klimakterycznego oddychania, a po zerwaniu, w obecności etylenu przechodzą fazę klimakterium. Etylen szybko zanika jeŝeli owoce umieści się w częściowej próŝni lub w strumieniu przepływającego powietrza o niskiej zawartości tlenu. W tych warunkach owoce moŝna przechowywać z powodzeniem przez dłuŝszy okres czasu. Jednym z efektów etylenu moŝe być przyspieszanie procesu starzenia (np. kwiatów ciętych), objawiające się stymulacją opadania liści, płatków kwiatowych (rysunek poniŝej). Przyspiesza on takŝe zanikanie barwy niektórych kwiatów. W regulacji tych procesów etylen współdziała z auksynami.

22 Etylen indukuje powstawanie warstwy odcinającej i opadanie liści kontrola Wysokie stęŝenie auksyn hamuje syntezę etylenu Spadek stęŝenia auksyny stymuluje syntezę etylenu kontrola Etylen stymuluje degradację ścian komórkowych przy udziale enzymów hydrolitycznych (celulazy, poligalakturonazy) Etylen przyspiesza zrzucanie liści Etylen przyspiesza starzenie kwiatów ciętych Taiz i Zeiger, 2006,Plant Physiology (zmodyfikowane) Inną reakcją roślin wywołaną poprzez etylen jest epinastia liści, w której górna strona ogonka (szczególnie u nasady) rośnie szybciej od strony dolnej, co w rezultacie prowadzi do wywinięcia się liścia w dół. Zjawisko to jest regulowane takŝe przez auksyny, co jest przedstawione na poniŝszym rysunku. Etylen indukuje epinastie liści Epinastia liścia wg. Taiz i Zeiger, 2006,Plant Physiology (zmodyfikowane) anoksja Anoksja lub zalanie korzeni powoduje epinastię liści spowodowaną stymulacją syntezy etylenu w pędach. ACC syntetyzowane w korzeniach jest transportowany przez ksylem do pędów i przekształcany do etylenu (w glebie jest deficyt tlenu w skutek zalania, chłodu) Etylen powoduje niesymetryczną dystrybucję auksyn w pędzie i nierównomierny wzrost obu stron ogonka liściowego.

23 Etylen zakłóca takŝe prawidłowe reakcje geotropiczne siewek, a gdy umieści się je w atmosferze tego gazu to zarówno korzenie, jak i łodygi rosną poziomo. Doświadczenia wykazały, Ŝe wiele reakcji będących wynikiem działania auksyn moŝna równieŝ uzyskać pod wpływem etylenu. Do takich reakcji, poza przedstawionymi powyŝej, moŝna takŝe zaliczyć m.in. stymulację inicjacji korzeni przybyszowych, hamowanie wydłuŝania korzeni, hamowanie procesu prostowania się hypokotylu siewek. Praktyczne zastosowanie etylenu Praktyczne zastosowanie etylenu W praktyce stosowanych jest wiele preparatów, które emitują etylen (etefon, etrel) lub zawierają IAA i ACC w celu: - przyspieszania dojrzewanie owoców - synchronizacji zakwitanie niektórych roślin (ananasów) - modelowania pokroju roślin (skracanie, promocja wzrostu na grubość) - ukorzeniana odciętych fragmentów pędów Preparaty blokujące syntezę etylenu opróŝniają dojrzewanie owoców, opadanie kwiatów, przedłuŝają trwałość kwiatów ciętych. W przechowalniach owoców skuteczne usuwanie etylenu wydzielanego przez owoce zapobiega ich przedwczesnemu dojrzewaniu. Natomiast przed sprzedaŝą owoce poddaje się działaniu etylenu w celu szybkiego doprowadzenia ich do stanu dojrzałości. Takiemu zabiegowi standardowo poddaje się banany, które zbierane są zielone, w stadium dojrzałości zbiorczej i po dotarciu na miejsce przeznaczenia dla uzyskania jednolitych jakościowo owoców poddawane są zabiegowi gazowania etylenem przez okres 4-7 dni. Przedwczesnemu dojrzewaniu zapobiega się blokując działanie etylenu za pomocą 1-Metylocyklopropenu.

24 Historia odkrycia etylenu Historia badań dotyczących etylenu zapoczątkowana była obserwacją wpływu gazu ulatniającego się z latarni ulicznych na przyspieszanie defoliacji rosnących w pobliŝu drzew. W 1901 r. rosyjski student D. Neljubow wykazał, Ŝe etylen obecny w gazie wywołuje potrójną reakcję siewek grochu polegającą na: zahamowaniu wzrostu, zwiększeniu grubości oraz anormalnym wzroście horyzontalnym. Dziewięć lat później Cousin udowodnił, Ŝe lotne związki wydzielane przez pomarańcze przyspieszają dojrzewanie bananów, a w 1934 r. Gane wykazał, Ŝe etylen jest naturalnym produktem metabolizmu roślin. Dopiero zastosowanie w 1959 r. chromatografii gazowej do oznaczania etylenu zapoczątkowało dynamiczny rozwój badań dotyczących udziału etylenu w róŝnych procesach. Doprowadziło to do uznania tego związku za jeden z najwaŝniejszych hormonów roślinnych. Kwas abscysynowy hormon spoczynku i odporności na stresy Kwas abscysynowy (ABA) powszechnie występuje w roślinach wyŝszych. Powstaje w róŝnych organach tj. w starzejących się liściach i organach reproduktywnych (owocach), a takŝe w korzeniach, nasionach i pąkach. Miejscem syntezy ABA w komórce są plastydy. W roślinie przemieszcza się głównie elementami floemu i ksylemu. Wysoki poziom kwasu abscysynowego występuje w starzejących się tkankach oraz w roślinach rosnących w

25 warunkach stresowych. StęŜenie ABA w tkankach regulowane jest takŝe przez natęŝenie syntezy i tworzenie koniugatów z glukozą. Aktywność biologiczna kwasu abscysynowego Jest odpowiedzialny za przechodzenie roślin w stan spoczynku (nasiona bulwy, cebule, pąki) Hamuje wzrost objętościowy komórek Hamuje fotosyntezę i syntezę chlorofilu Hamuje transport jonów przez błony komórkowe Powoduje zamykanie się aparatów szparkowych Przyspiesza procesy starzenia organów i tkanek Jest odpowiedzialny za tworzenie warstwy odcinającej podczas opadania liści, owoców, kwiatów. Hamuje kiełkowanie nasion PodwyŜszony poziom ABA jest reakcją roślin na stres np. podczas braku wody ABA powoduje zamykanie aparatów szparkowych i ograniczenie transpiracji, a takŝe zwiększa pobieranie wody przez korzenie. Najlepiej poznany jest mechanizm zamykania aparatów szparkowych pod wpływem ABA, i regulacja spoczynku i kiełkowania (hamowanie) nasion, a takŝe jego udział w reakcji na stresowe warunki środowiska. Mechanizm zamykania/otwierania aparatów szparkowych został szczegółowo omówiony we wcześniejszych wykładach, natomiast stan spoczynku i proces kiełkowania nasion zostanie przedstawiony w następnym wykładzie. ABA jest odpowiedzialny za proces porastania zbóŝ, który polega na przedwczesnym kiełkowaniu ziarniaków w kłosach (żyta, pszenicy i pszenżyta ) lub kolbach (kukurydza) (rysunek poniŝej).

26 Porastanie nasion Zbyt niskie stęŝenie ABA (brak spoczynku) powoduje przedwczesne kiełkowanie nasion na roślinie matecznej, co powoduje duŝe straty plonu rolniczego. Porastający kłos pszenicy Sci. Agric. (Piracicaba, Braz.), v.63, n.6, p , November/December 2006 Porastanie zbóŝ jest spowodowane głównie zbyt niską zawartością ABA nagromadzanego w dojrzewających ziarnikach. Porastanie jest przyczyną strat w rolnictwie szacowanych na świecie na prawie miliard dolarów rocznie. Wiele państw przeznacza spore środki na uzyskiwanie nowych odmian o zmniejszonej podatności na porastanie. Porośnięte ziarno nie moŝe być wykorzystane jako materiał siewny, a w wypadku jęczmienia jest takŝe złym surowcem dla browarnictwa. Stopień porastania zaleŝy od przebiegu pogody w czasie dojrzewania i zbioru. Częste opady, ciepła i słoneczna pogoda sprzyja porastaniu. W Polsce straty plonu zbóŝ z tego powodu wynoszą 5 10 proc. ogólnej produkcji, a kiedy pogoda jest wyjątkowo niekorzystna, mogą być jeszcze większe. W róŝnych niekorzystnych warunkach środowiskowych (stresach) tj. susza, mróz, chłód, przegrzaniem i inne, obserwuje się w ciągu kilku godzin gwałtowny wzrost (10-50 krotny) zawartości ABA, który indukuje ekspresję genów, umoŝliwiających syntezę białek stresowych. Dlatego ABA nazywany jest niekiedy hormonem alarmowym lub stresowym, warunkujących przetrwanie niekorzystnych warunków. Udział ABA w reakcji roślina na stresowe warunki środowiska był juŝ omówiony we wcześniejszych wykładach, a takŝe będzie jeszcze poruszany w następnych wykładach. W rolnictwie ABA jest stosowany do wywoływania lub przyspieszania desykacji roślin.

27 Historia odkrycia O istnieniu substancji warunkującej spoczynek nasion i pąków pędowych wiedziano wcześniej, jednak dopiero w roku 1963 Frederick T. Addicott wyizolował z owoców bawełny substancję stymulującą tworzenie warstwy odcinającej i opadanie owoców. Wyizolowany związek został oficjalnie nazwany kwasem abscysynowym dopiero w 1967 r. (od ang. abscission odcinanie). Kwas jasmonowy (JA) hormon obronny roślin Występowanie kwasu jasmonowego (JA) wykazano niemal we wszystkich grupach systematycznych roślin wyŝszych, paprociach, mchach, grzybach i glonach. JA występuje w bardzo małych ilościach - od 0,1 do 5 mg / kg ś.m. tkanki. Ester metylowy kwasu jasmonowego JA-Me jest lotnym związkiem o podobnej aktywności biologicznej. Największe stęŝenie tych związków rejestruje się w młodych tkankach i organach, np. w kwiatach (pyłku kwiatowym), pędach, owocach. JA wytwarza nieaktywne biologicznie koniugaty z aminokwasami m. in. z leucyną, waliną, tyrozyną oraz z cukrami m. in. z glukozą. Aktywność biologiczna JA JA i jego pochodne są hormonami, których funkcje są w wielu aspektach zbliŝone do ABA:

28 Hamuje wzrostu korzeni Hamuje fotosyntezę i aktywności niektórych enzymów chloroplastowych Stymuluje procesy starzenia Stymuluje opadanie liści Stymuluje dojrzewanie owoców indukuje reakcje obronne przeciwko atakowi patogenów, owadów, promieniowaniu UV, działaniu ozonu, zranieniu. Zawartość JA ulega zmianom podczas ontogenezy rośliny. Pełnią rolę pośredników w reakcjach na stres i w mechanizmach obronnych roślin; wzrost ich stęŝenia w tkankach jest jedną z pierwszych odpowiedzi rośliny na stres. JA aktywuje ekspresję genów kodujących niektóre białka ochronne, np. osmotyny oraz wtórnych metabolitów roślinnych np. alkaloidów. W wyniku mechanicznego uszkodzenia tkanek roślin, np. przez owady, zachodzi wzmoŝona synteza jasmonidów i następuje aktywacja lub indukcja biosyntezy enzymów odpowiedzialnych za gromadzenie się fitoaleksyn i inhibitorów proteinaz, które blokują aktywność proteinaz owadzich, uniemoŝliwiając tym samym dostęp owadów do roślinnych białek. Udział JA w reakcji roślin na stresy biotyczne (atak patogenów) systemina plazmalema receptor aktywacja genów obronnych Transport przez floem do miejsca docelowego lipaza Szlak sygnałowy lipidy Kwas linolenowy Synteza JA JA Uszkodzenie liścia przez roślinoŝerców (zranienie) uwalnia systeminę (18-aminokwasowy polipeptyd), która łączy się z receptorem w miejscu docelowym, co aktywuje lipazę, uwalniającą z błon kwas linolenowy prekursor JA JA aktywuje ekspresję genów kodujących białka obronne m.in. inhibitory proteinaz. Taiz i Zeiger, 2006,Plant Physiology (zmodyfikowane)

29 Dla przykładu JA hamują procesy wzrostowe, gdy np. po ataku patogenów roślina zmienia strategię polegającą na konieczności zahamowania wzrostu i uruchomienia systemów obronnych. Środki ochrony roślin zawierające JA ograniczają rozwój patogenów, co stwierdzono np. dla pomidorów. Historia odkrycia JA Pierwszym poznanym związkiem był jasmonian metylu, wyodrębniony przez Demole i współpracowników z olejku zapachowego kwiatu jaśminu i rozmarynu w 1962 r. Drugim związkiem był kwas jasmonowy wyodrębniony przez Aldridga z grzyba Botryodiplodia theobromae w 1971 r. Jasmonidy zostały sklasyfikowane jako regulatory wzrostu w latach 80-tych XX w. Brasinosteroidy (BR) najaktywniejsze stymulatory Brasinosteroidy (BR) są syntetyzowane w niemal wszystkich organach rośliny. Miejscem biosyntezy BR są młode liście, skąd są transportowane do miejsc docelowych. NajwyŜsze ilość BR stwierdzono w ziarnach pyłku i nasionach (np. w 1 kg nasion Arabidopsis znajduje się 220 ng epibrasinolidu i 360 ng kastasteronu). Wykazują one aktywność fizjologiczną w stęŝeniach ok razy mniejszych niŝ inne fitohormony, stąd są uznawane za najaktywniejsze stymulatory wzrostu. BR są transportowane przez ksylem lub floem.

30 Aktywność biologiczna brasinosteroidów BR regulują wiele róŝnorodnych procesów, a w wielu przypadkach ich działanie jest podobne do auksyn, tj. Stymulują wzrost koleoptyli i pędów (najaktywniejsze ze wszystkich fitohormonów) Stymulują aktywność ATP-azy (wydzielanie H + do apoplatu), co prowadzi do rozluźniania struktury ściany komórkowej Stymulują podziały komórkowe Indukują proces róŝnicowania komórek mezofilu w elementy ksylemu, pobudzają transport związków pokarmowych Zwiększają tolerancję na stresy Przyspieszają starzenie liści (stymulują syntezę etylenu) Praktyczne zastosowanie brasinosteroidów W kulturach tkankowych in vitro zastępują działanie cytokinin Opryski środkami zawierającymi BR (BIOBRAS-16) zwiększają plonowanie roślin i poprawiają wartości odŝywcze zbiorów (np. zwiększają zawartość cukru u buraków cukrowych i owocach arbuzy, winogrona) Stosowane jako ukorzeniacze sadzonek Historia odkrycia W 1970 r. Mitchell i wsp. wyizolowali z pyłków rzepaku (Brassica napus) substancję stymulującą podziały komórkowe i wzrost wydłuŝeniowy pędów, nazwano ją brassinolidem. W niemal 20 lat później (w 1988r) Mandava i wsp. wyizolowali (z 250 kg pyłku - 10 mg BR) i oznaczyli strukturę brassinolidu oraz podobnych związków i nazwano je brassinosteroidami, a takŝe uznano je za nowe hormony roślinne. Od momentu odkrycia zostało wyizolowanych z róŝnych roślin ponad 40 brasinosteroidów.

31 Inne regulatory wzrostu Poza hormonami występują w roślinach róŝnorodne związki biorące równieŝ udział w regulacji wielu procesów. Związki te uczestniczą jednak w znacznie większych niŝ hormony stęŝeniach i pełnią mniej specyficzne funkcje niŝ klasyczne hormony roślinne. Do tej grupy naleŝą: związki fenolowe, fitoaleksyny, kwas salicylowy, poliaminy, prostaglandyny i wiele innych. Dla przykładu, fitoaleksyny i kwas salicylowy gromadzą się w roślinach w znacznych ilościach wskutek zranienia czy innych uszkodzeń mechanicznych bądź ataku patogenów lub szkodników; uczestniczą wówczas w rekcjach obronnych, polegających między innymi na indukcji ekspresji genów i syntezie specyficznych białek. Uwaga końcowe Jak wcześniej powiedziano, powszechnie uznaje się, Ŝe auksyny, gibereliny, brasinosteroidy i cytokininy są stymulatorami, natomiast kwas abscysynowy, kwas jasmonowy i etylen są inhibitorami wzrostu. Ostatnie badania doprowadziły jednak do wniosku, Ŝe taki sztywny podział nie jest właściwy. Od dawna znany jest fakt hamowania wzrostu przez auksyny czy cytokininy, przy ich zbyt wysokich stęŝeniach. Wykazano takŝe, iŝ nawet ABA, uwaŝany za typowy inhibitor, moŝe stymulować wzrost korzeni np. w warunkach deficytu wodnego. Podsumowanie wykładu - współdziałanie hormonów roślinnych Z podanych przykładów wynika, Ŝe niektóre fitohormony mogą ze sobą współdziałać podczas regulacji procesów fizjologicznych przebiegających w roślinie. Dla przykładu, gibereliny wykazują w pewnych przypadkach aktywność fizjologiczną zbliŝoną do auksyn; istnieją jednak róŝnice w działaniu obu grup regulatorów wzrostu. Gibereliny nie przyspieszają tworzenia korzeni bocznych oraz nie wywołują wygięcia koleoptylu, natomiast auksyny nie pobudzają wzrostu odmian karłowatych oraz nie indukują α-amylazy w kiełkujących ziarnach. Auksyny i gibereliny są więc odrębnymi grupami regulatorów wzrostu, mimo Ŝe pewne efekty działania są podobne dla obu grup a mianowicie: powodują wydłuŝanie łodygi, czy stymulują wzrost owoców. Sugeruje to, Ŝe pomimo odrębności, istnieją jednak określone zaleŝności w działaniu auksyn i giberelin, w pewnych procesach fizjologicznych. Gibereliny mogą

32 podwyŝszać poziom auksyn i to dwoma sposobami: przez zmniejszanie destrukcji (rozkładu) auksyn oraz przez zwiększanie produkcji auksyn. W obu przypadkach gibereliny sprzyjają gromadzeniu się w tkankach endogennych auksyn, które dają określone efekty fizjologiczne. Reasumując, mechanizm działania poszczególnych hormonów roślinnych polega na uruchamianiu specyficznych szlaków (ścieŝek) transdukcji sygnałów. Szlaki te posiadają wiele wspólnych elementów, którymi mogą być m. in. kinazy MAP czy niektóre czynniki transkrypcyjne. Współdziałające ze sobą hormony tworzą sieć ścieŝek sygnałowych biorących udział w reakcji roślin na róŝne czynniki środowiskowe np. stresy biotyczne i abiotyczne. Literatura Kopcewicz, S. Lewak Fizjologia roślin. Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa Lewak S., Kopcewicz J Fizjologia roślin. Wprowadzenie. Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa Kozłowska M Fizjologia roślin. Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Poznań Jankiewicz L Regulatory wzrostu i rozwoju roślin. Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa