Kwas giberelinowy (GA) jest rodzajem hormonu, który jest ważny dla wzrostu roślin. „Zielona rewolucja” w rolnictwie nastąpiła w dużej mierze dzięki zastosowaniu kwasu giberelinowego do upraw. Naukowcy odkrywają wiele sposobów, w jakie gibereliny wspomagają rozwój roślin, jednocześnie dostrzegając metody ich transportu i syntezy w roślinach.
Kwas giberelinowy (GA) to hormon występujący w roślinach, który wspomaga wzrost i rozwój roślin. Jest powszechnie stosowany w rolnictwie do zwiększania plonów.
Opis kwasu giberelinowego
Kwas giberelinowy lub GA to hormon występujący w roślinach. Kwas giberelinowy można znaleźć w tkankach rosnących roślin, takich jak pędy, młode liście i kwiaty. Jest słabo kwaśny. Inną nazwą kwasu giberelinowego jest giberelina. Kwas giberelinowy może przedostawać się do błon komórkowych poprzez prostą dyfuzję. Kwasy mogą również być wspomagane przez transportery napływowe, które są białkami, które mogą przenosić GA przez błonę komórkową. Jednym z rodzajów transportera napływowego jest transporter azotanowy 1/transporter peptydowy (NPF). Inne takie transportery obejmują SWEET13 i SWEET14, które najwyraźniej transportują sacharozę do łyka rośliny. Wnętrze komórki ma niższą kwasowość (wyższe pH), więc GA staje się naładowana ujemnie. Po tym momencie giberelina nie może uciec z komórki bez połączenia z innym składnikiem. Naukowcy przypuszczają, że muszą istnieć transportery, które mogą ponownie przenieść giberelinę z cytoplazmy, ale jak dotąd nie znaleziono tych „transporterów wypływu”.
Do tej pory odkryto ponad 130 rodzajów kwasów giberelinowych. Kilka z nich nie jest biologicznie aktywnych (bioaktywnych), więc służą jako prekursory bioaktywnych GA, takich jak GA1, GA3, GA4 i GA7. Biosynteza tych aktywnych GA nie jest dobrze poznana, ale naukowcy osiągają w tej dziedzinie postępy. Podczas gdy niebioaktywne GA wydają się przemieszczać w roślinach na duże odległości, bioaktywne nie mają takiej tendencji. Oczywiste jest, że GA może przenosić się do soku roślinnego z łyka i że wspomaga wzrost i rozwój roślin, a także ich kwitnienie. Najwyraźniej gazy gazowe mogą również poruszać się na krótkich dystansach. W przypadku GA9 ta giberelina jest wytwarzana w jajnikach roślin i przenoszona do płatków i działek kielicha. Stamtąd przechodzi zmiany, aby stać się GA4. Ten bioaktywny hormon z kolei wpływa na wzrost organów roślinnych. Naukowcy wciąż poszukują odpowiedzi na pytanie, jak mobilne są kwasy giberelinowe w roślinach.
Hormon wzrostu GA3
Hormon wzrostu GA3 to rodzaj gibereliny, która jest bioaktywna. Japoński naukowiec odkrył AC3 w latach 50. XX wieku. W tym czasie grzyb zaatakował uprawy ryżu, powodując wzrost roślin, jednocześnie zatrzymując produkcję nasion. Te chude, bezpłodne rośliny nie mogły nawet utrzymać swojej wagi. Kiedy naukowcy badali tego grzyba, odkryli, że zawiera on związki, które mogą promować wzrost roślin. Grzyb nazywał się Gibberella fujikuroi, od którego pochodzi nazwa gibberellina. Jeden z tych związków, obecnie nazywany GA3, jest najczęściej produkowanym kwasem giberelinowym do zastosowań przemysłowych. Hormon wzrostu GA3 jest ważny dla rolnictwa, nauki i ogrodnictwa. GA3 stymuluje występowanie narządów męskich u niektórych gatunków.
Kwas giberelinowy i produkcja roślinna
Odkrycie kwasów giberelinowych doprowadziło do poważnych zmian w rolnictwie. Rolnicy odkryli, że mogą zwiększyć plony zbóż, stosując gazy gazowe. Doprowadziło to do tak zwanej „zielonej rewolucji” w rolnictwie. Rolnicy mogliby dodawać do upraw więcej nawozów azotowych, nie martwiąc się o zbyt duże wydłużenie łodyg. Wynikający z tego wzrost pszenicy i ryżu całkowicie zmienił rolnictwo na całym świecie, dowodząc ogromnego znaczenia kwasu giberelinowego we współczesnym rolnictwie.
Do dziś kwasy giberelinowe stosuje się w leczeniu roślin o fenotypach karłowatych. Gibereliny stymulują wzrost roślin w tych karłowatych roślinach. Kwas giberelinowy można również stosować w celu ograniczenia kwitnienia młodych sadów owocowych. W ten sposób drzewa owocowe mają więcej czasu na wzrost. Pomaga również jako środek zapobiegawczy przeciwko wirusom roślin w młodych drzewach przenoszonych przez pyłki. Rolnicy decydują, ile kwasu giberelinowego użyć w swoich uprawach, określając, jaki jest ich cel produkcyjny. Jeśli muszą ograniczyć owocnikowanie, mogą użyć dużych ilości kwasu giberelinowego. Z drugiej strony, jeśli używają mniej GA, to owoce lub warzywa mogą produkować więcej. Sady obfitujące w owoce nie będą potrzebowały tak dużej ilości GA. Ogólnie rzecz biorąc, GA powinny być stosowane tylko w ciepłe dni, w przeciwnym razie nie będą również działać w celu stymulowania wzrostu.
Kwas giberelinowy może również pomóc owocom takim jak cytrusy. Zastosowanie kwasu giberelinowego do cytrusów może zapobiec rozpadowi albedo, czyli marszczeniu i pękaniu skórek pomarańczy. Stosowanie kwasu giberelinowego może również zmniejszyć plamy na owocach cytrusowych. Dlatego kwas giberelinowy poprawia jakość skórki cytrusów. Zastosowanie GA daje owoce o wyższej jakości, które są bardziej odporne na niekorzystne warunki pogodowe i inne potencjalne drogi gnicia i uszkodzenia. Zwrócenie szczególnej uwagi na aplikacje na zdrowe rośliny w odpowiednich warunkach może znacznie poprawić plony cytrusów. Zazwyczaj najlepsze wyniki aplikacji GA występują, gdy nie jest stosowany samodzielnie, ale w połączeniu z innymi związkami. Oczywiste jest, że poprawa plonów i jakości owoców czyni kwas giberelinowy ważnym narzędziem w rolnictwie. Rola w GA polegająca na poprawie i zwiększeniu podaży żywności jest imponująca i wydaje się, że pozostanie przez jakiś czas.
Jaka jest funkcja giberelin?
Gibereliny działają jako regulatory wzrostu roślin. Działają, aby przyspieszyć kiełkowanie nasion, wspomagać wzrost pędów i dojrzewanie liści oraz wpływają na kwitnienie.
Podczas kiełkowania nasion nasiona pozostają uśpione, dopóki nie zostaną uruchomione do kiełkowania. Kiedy gibereliny są uwalniane, rozpoczynają proces osłabiania okrywy nasiennej, rozpoczynając ekspresję genów. Prowadzi to do ekspansji komórek.
GA to czynniki, które przyczyniają się do rozwoju kwiatów. W okresach dwuletnich będą stymulować rozwój kwiatów. Co ciekawe, u bylin gibereliny hamują kwitnienie. Ponadto kwasy giberelinowe odgrywają kluczową rolę w wydłużaniu międzywęzłowym. Znowu wynikiem jest ekspansja komórek i podział komórek. Dzieje się to w odpowiedzi na cykle światła i ciemności.
W zmutowanych roślinach, które są karłowate lub późno kwitnące, jest mniej kwasu giberelinowego. W tych roślinach potrzebne jest większe zastosowanie GA, aby przywrócić roślinom bardziej normalny wzorzec wzrostu. Dlatego giberelina funkcjonuje jako rodzaj resetu dla roślin.
Inną funkcją giberelin jest wspomaganie kiełkowania pyłków. Wykazano, że podczas wzrostu łagiewki pyłkowej ilość gibereliny wzrasta. Gibereliny wpływają również na płodność męską i żeńską roślin. Kwas giberelinowy odgrywa rolę w hamowaniu tworzenia kwiatów żeńskich.
Pręcik jest głównym miejscem wytwarzania kwasów giberelinowych.
Ostatnie odkrycia w botanice doprowadziły do lepszego zrozumienia szlaków sygnałowych kwasów giberelinowych. Ogólnie rzecz biorąc, szlaki te wymagają receptora GA, represorów wzrostu zwanych DELLA oraz różnego rodzaju białek. Białka DELLA hamują wzrost roślin, podczas gdy sygnał GA wspomaga wzrost. Aby wyjść poza to hamowanie, kwasy giberelinowe tworzą kompleks, który prowadzi do rozpadu represorów wzrostu DELLA.
Naukowcy wciąż starają się zrozumieć proces, w jaki GA powodują, że wszystkie te rzeczy się zdarzają. Teoretycznie gibereliny muszą transportować duże odległości wewnątrz roślin. Mechanizm tego nie jest jeszcze jasny.
Ponieważ rośliny nie mogą się poruszać, znaczenie cząsteczek sygnalizacyjnych i hormonów ma ogromne znaczenie. Pogłębienie wiedzy na temat podstawowych mechanizmów transportu kwasu giberelinowego, oprócz szlaków sygnałowych hormonów, doprowadzi do lepszego zrozumienia roślin. To z kolei pomoże rolnictwu, ponieważ ludzie staną w obliczu potrzeby uzyskania bardzo wydajnych plonów.