Фітогормони - хімічні речовини, що виробляються в рослинах і регулюють їх ріст і розвиток. Утворюються головним чином в тканинах, що активно ростуть, на верхівках коренів і стебел. До фітогормонів звичайно відносять ауксини, гібереліни і цитокініни, а іноді і інгібітори росту, наприклад абсцизову кислоту. На відміну про тваринних гормонів , фітогормони менш специфічні і часто діють в тій же ділянці рослини, де утворюються. Багато синтетичних речовин володіють такою ж дією, як природні фітогормони.

Фітогормони(гормони рослин) - органічні речовини невеликої молекулярної маси, утворюються в малих кількостях в одних частинах багатоклітинних рослин і діють на інші їх частини як регулятори і координатори росту і розвитку. Гормони з'являються у складних багатоклітинних організмів, у тому числі рослин, як спеціалізовані регуляторні молекули для здійснення найважливіших фізіологічних програм, що вимагають координованої роботи різних клітин, тканин і органів, нерідко значно віддалених один від одного. Фітогормони здійснюють біохімічну регуляцію — найважливішу систему регуляції онтогенезу у багатоклітинних рослин. В порівнянні з гормонами тварин специфічність фітогормонів виражена слабше, а діючі концентрації, як правило, вищі. На відміну від тварин, у рослин немає спеціалізованих органів (залоз), що виробляють гормони.

Відомі 5 основних груп фітогормонів , широко поширених не тільки серед вищих, але і нищих багатоклітинних рослин. Це ауксини, гібереліни, цитокініни, абсцизини і етилен. Кожна група фітогормонів проводить свою характерну дію, схожу у рослин різних видів. Крім п'яти «класичних» фітогормонів, для рослин відомі інші ендогенні речовини, у ряді випадків діючі подібно фітогормонам. Це ліпосахарини ,олігосахарини, жасмінова кислота, саліцилова кислота, пептиди, поліаміни, а також фенолові інгібітори росту. Разом з фітогормонами їх позначають загальним терміном «природні регулятори росту рослин».

Історія фітогормонів

Експериментальне дослідження фітогормонів почалося задовго до того, як був запропонований сам термін «гормони» (У. М. Бейліс і Е. Р. Старлінг, 1905). В 1880 Ч. Дарвін в книзі «Про здатність рослин до руху» описав досліди по вивченню згинання проростків злаків у напрямку до світла. Було встановлено, що світло сприймається тільки самою верхівкою колеоптиля, тоді як вигин відбувається в нижчележачій зоні, яка сама по собі нечутлива до світла. Дарвін припустив, що якийсь хімічний стимул переміщається з верхівки до еффекторної зони, викликаючи в ній характерний вигин рослини. Подальші дослідження знайденого феномена привели в 1931-34 роках до відкриття і встановлення хімічної структури основного ауксину рослин — індолілоцтової кислоти (ІОК)

Проте набагато раніше була визначена хімічна природа іншого фітогормона : ще в 1901 в своїх дослідах на проростках гороху в Санкт-Петербурзькому університеті Д. Н. Нелюбов показав, що газ етилен в надзвичайно низьких концентраціях порушує нормальний ріст рослин. До 1930 був встановлений широкий спектр впливів етилену на рослини. В 1934 Р. Гейном (США) було остаточно доведене, що етилен синтезується самою рослиною і регулює багато важливих фізіологічних реакцій, тобто відповідає всім критеріям фітогормона.

В середині 1930-х років ученими з Токійського університету (Т. Ябута і ін.) з паразитичного гриба Gibberella, поразка яким викликала надмірне витягання проростків рису, були виділені перші гібереліни структура одного з них (гіберелової кислоти) була повністю розшифрована англійським вченим Б. Кроссом в 1954. Незабаром гібереліни були знайдені і у складі рослин. В 1955 в США Ф. Скугом і ін. з автоклавованого препарату ДНК сперми оселедця був виділений і охарактеризований чинник, сильно стимулюючий поділ рослинних клітин в культурі, названий кінетином. В 1963 австралійський вчений Д. Лейтем виділив природний аналог кінетина з незрілих зернівок кукурудзи (Zea), названий ним зеатином. Згодом були знайдені інші аналоги кінетина з схожою фізіологічною активністю, що отримали загальну назву цитокініни. Відкриттям абсцизинів і їх головного представника — абсцизової кислоти — завершилося тривале дослідження природних інгібіторів росту рослин (Ф. Уоринг і ін.). Структура абсцизової кислоти була передбачена Д. Окумою, Ф. Едикоттом і ін. (США) і підтверджена прямим синтезом англійським вченим Дж. Корнфорт в 1965 році . В Росії теорія фітогормонів отримала сильну підтримку в 1936-37 рр. завдяки роботам М. Х. Чайлахяна в Інституті фізіології рослин (Москва) і висунутої їм концепції гормону флоригена, що викликає зацвітання рослин

Ауксини

Індоліл-3-оцтова кислота(C10H9NO2) - біла кристалічна речовина з молекулярною масою 175,19 і температурою плавлення 168◦С(рис.1.1.).На світлі швидко темніє .Максимум поглинання знаходиться в області 279 нм. ІОК добре розчинна в метиловому,етиловому і інших спиртах ,в сірчаному ефірі і етилацетаті , погано - у воді, бензолі, хлороформі, краще розчинна в гарячій воді. ІОК швидко розкладається в кислому середовищі і при наявності окисників , наприклад H2O2. В лужному середовищі більш стабільна.



рис.1.1

Індолілоцтова кислота — головний природний ауксин — швидко розщеплюється ферментом індолацетатоксидазою. Активність цього ферменту гальмує деякі ортодифеноли. Стимулююча дія ортодифенолів на ріст була відома досить давно, і спочатку вважали, що ці речовини і є ауксини; насправді ж їх стимулююча дія пояснюється тим, що вони пригнічують активність індолацетатоксидази, а це веде до підвищення вмісту в тканинах рослини ендогенної індолілоцтової кислоти

Методи аналізу індольних ауксинів

Для виділення індольних ауксинів з тканин рослинні об’єкти фіксують рідким азотом і ліофілізують або безпосередньо використовують для екстракції.Екстрагування ауксинів звичайно проводять протягом 2 годин при 0◦С кількома порціями підкисленого сірчаного ефіру, вільного від перекисів. Ефір з екстракту відганяється. Водний залишок піддають додатковому очищенню. Ауксини з водного екстракту витягують ефіром і потім концентрують шляхом відгонки ефіру.

Для подальшої очистки використовують метод паперової або тонкошарової хроматографії. Ідентифікацію ІОК і інших індольних сполук на хроматограмі проводять по величині Rf двох-трьох системах розчинників , по кольоровим реакціям і по біопробі.

Елюати з зон хроматограми використовують для біотестів. Простим і надійним біологічним методом виявлення ауксинів є метод прямого росту відрізків колеоптилів вівса , пшениці чи кукурудзи з видаленою верхівкою. Цей метод дозволяє виявити ІОК в межах 10-7-10-4 М.

Надійність аналізу ІОК зростає при використанні хімічних тестів: реактивів Сальковського, Ерліха, Прохазки з якими індольні сполуки дають комплекси різного кольору. Так як і деякі інші природні сполуки дають кольорові реакції з цими реактивами ,то необхідно застосовувати 2-3 хімічних тести для ідентифікації ауксина.

Біологічні методи дають можливість кількісно виявити вміст ауксинів в рослинних тканинах.Для цієї мети слугують також і хімічні кількісні методи.Для колориметричного методу використовують реактив Сальковського (0.01 М FeCl3 в 35%-ій HClO4) ,реактив Ерліха(2г n-диметиламінобензальдегіда в 100мл 2,5 н HCl). Однак чутливість цих методів невелика ,порядку 3*10-6-3*10-4 ІОК. Для виявлення кількості індольних ауксинів колориметричним методом необхідно кілька сот грамів сирої маси тканини

Біосинтез ІОК

Амінокислота триптофан звичайно розглядається як попередник ІОК. Триптофан під дією трансамінази може перетворюватися в індоліл-3-піруват (рис.1.3.1.). Цей шлях вимагає присутності кетокислот і піридоксальфосфату. Ін-долілпіруват декарбоксилюється за участю декарбоксилази і тіамінпірофосфату до індоліл-3-ацетальдегіда. Альдегіддегідрогеназа, коферментом якої є НАД, окисляє індоліл-3-ацетальдегід до ІОК.

Інший шлях утворення ІОК включає декарбоксилювання триптофану з утворенням триптаміна. Потім триптамін під дією аміноксидази перетворюється в індолілацетальдегід, який окислюється до ІОК.

Згідно деяким даним, триптамін може утворюватися з індола, а потім перетворюватися в ІОК по вже описаному механізму. Індоліл-3-етанол під дією етанолоксидази швидко перетворюється в індол або ацетальдегід.



рис1.3.1.

Окислювальний розпад ІОК

Окислювальне руйнування ІОК може здійснюватися неензиматичним шляхом (за рахунок фотоокислення) і ензиматичним.

Ензиматичне окислення відбувається за участю ферментативної системи, що отримала назву оксидази ІОК (ауксиноксидази), в основі якої лежить оксидазна дія пероксидази. Для окислення ІОК потрібен О2. Як кофактори необхідні Мn2+ і монофенол. В лабораторії звичайно використовується 2,4-дихлорфенол. Окислення 1 моля ІОК супроводжується поглинанням 1 моля О2 і виділенням 1 моля СО2. Окислення ІОК пришвидшується невеликою кількістю перекису водню (0,1 моль на 1 моль ауксина). Очевидно, оксидаза ІОК в клітинах в своєму складі містить флавінову частину, що проводить Н2О2. Проте показано, що очищена пероксидаза окисляє ІОК і без Н2О2. Основними продуктами реакції є 3-метиленоксіндол і індоліл-3-альдегід які можуть потім розпадатися далі. 3-метиленоксіндол є сильнодіючим сульфгідрильним реагентом і інгібітором ферментів, що містять SH-групу , проте за рахунок відновлення він перетворюється на нетоксичний 3-метилоксіндол. Природні монофеноли (рис.1.3.2.) з ОН-группою в параположенні (кумарова, феруллова кислоти, умбеліферон і ін.), а також деякі флавоноїди з одним оксизаміщенням в кільці В (нарингенін, кемпферол) в модельних дослідах посилюють активність оксидази ІОК, ди- і триоксифеноли (кавова, хлорогенова, галлова кислоти і ін.) і деяка флавоноїди з двома гідроксилами в кільці В (кверцетин, антоціани) інгібують її [Кефелі, 1974; 1975 і др.][1]. Так як феноли широко представлені в рослинах, то вважають, що вони можуть грати важливу роль в регуляції розпаду ауксина. В рослинних клітках присутні також білки-протектори, що затримують окислення ІОК пероксидазою. Для молодих тканин, що інтенсивно ростуть, характерна значна кількість протекторів і низька активність оксидази ІОК

Транспорт ІОК

Вже перші досліди з пересуванням ауксину по відрізках колеоптилів і стебел проростків показали, що це пересування відрізняється яскраво вираженою полярністю. Якщо агаровий блок-донор, містить ІОК, помістити на апікальний кінець відрізка, то ауксин переміщається в блок-приймач на базальному кінці відрізка. Перевертання відрізка базальним кінцем вгору лише злегка уповільнює базипетальний транспорт ІОК, але не змінює його полярну спрямованість в протилежному напрямі, тобто від базального до апікального кінця, ІОК пересувається дуже поволі за рахунок простої дифузії.



рис.1.3.2.

СПЕКТР БІОЛОГІЧНОЇ ДІЇ АУКСИНА

Ауксини були відкриті у зв'язку з вивченням росту розтягуванням і тропізмів у рослин, проте їх функції набагато ширші і, по суті, охоплюють всі сторони життєдіяльності рослинного організму. Якщо говорити коротко, то ауксин є обов'язковим учасником координації процесів морфогенезу, рухової і функціональної активності у рослин. Присутність ауксина (разом з цитокініном) абсолютно обов'язково для індукції ділення клітин. Ауксин необхідний перш за все для ініціації реплікації ДНК. Перехід кліток до мітозу і цитокінезу залежить, як правило, також від присутності цитокініна, проте високі концентрації ауксина здатні і без цитокініна викликати мітоз в соматичних клітинах рослин. Численні дані свідчать про вплив ІОК і її синтетичних аналогів на мітотичну активність тканин в цілих рослинах. Відомо, що ІОК, особливо навесні, в апікальних меристемах в період їх високої активності активує функціональну активність камбію. Під впливом ауксина починається розростання тканин зав'язі, причому на початку ІОК виділяється пилком, а потім насіння саме, що розвивається, стає продуцентами ІОК і інших фітогормонів. Надходження ІОК в тканини плоду — обов'язкова умова формування плоду. Самим вивченим прикладом дії ІОК на розподіл кліток є індукція утворення коренів. При зануренні проростків коренями в розчин ауксина спостерігається гальмування зростання кореня

Цитокініни

Гормони третього типу - цитокініни, стимулюють ріст в культурах рослинних тканин або органів і помітно підвищують швидкість поділу клітин. Встановлено, що зеатин, виділений з молодих зерен кукурудзи, є похідним аденіна — 6-(4-окси-3-метил-транс-2-бутеніламіно)пурин (рис.2.1.1.). Цитокініни містяться в рослинах в таких малих кількостях, що їх ідентифікували тільки за допомогою методу масспектрометрії. Бічний ланцюг, приєднаний до аміногрупи при 6-у атомі пуринового кільця, має ізопреноїдну структуру і , подібно гіберелінам, утворюється з мевалонової кислоти. Речовина, дуже близька до зеатину, — пурин — був виділений у формі рибонуклеозида з серинової і тирозинової транспортних РНК дріжджів, гороху, шпинату і печінки теляти. Кінетин— біла кристалічна речовина емпіричної формули C10N5O з молекулярною масою 215,2. У водному розчині має максимум поглинання 267 нм і мінімум 234,5 нм. Кінетин слабо розчиний у воді і добре в етанолі, сірчаному ефірі, розчинах лугів і кислот. Кінетин стійкий до нагрівання, автоклавування, дії лугів і кислот.

В даний час цитокініни знайдені у мікроорганізмів, водоростей, папоротей, мохів і багатьох вищих рослин різних таксономічних груп. Все природно присутні в рослинах цитокініни є похідними ізопентеніладеніна.

Цитокініни не тільки стимулюють клітинний поділ, але і можуть змінювати будову рослинних клітин, вирощуваних в культурі. Якщо концентрація цитокініна в поживному середовищі дуже низька (не більше 109 моль), утворюються тільки рихлі, неміцні тканини. При дещо більш високих концентраціях на поверхні клітинної маси розвиваються корінці, і, нарешті, при ще більш високих концентраціях (близько 3-106 моль) починається утворення пагонів. Ця залежність диференціювання коренів і пагонів від концентрації цитокінінів, продемонстрована на тканинних культурах, дозволяє припускати, що цитокініни, можливо, виконують схожу функцію і в інтактній рослині.



рис.2.1.1.

Ми поки що не можемо пов'язати дію цитокінінів з якою-небудь специфічною біохімічною реакцією; невідомим залишається також механізм стимуляції цими гормонами клітинного поділу. Додавання цитокінінів посилює синтез ДНК в клітинах тютюну, що діляться. Звичайно в рослині діють фитогормони одночасно двох типів, а в регуляції специфічних біологічних явищ, мабуть, беруть участь всі три головних типи фітогормонів. Для оптимального росту тканинної культури калюса тютюну необхідні певні концентрації всіх трьох чинників. Цитокініни і гібереліни відіграють ведучу роль в регуляції росту і розвитку на ранніх стадіях, ауксини же виступають на перший план пізніше, у зв'язку з регулюванням видовження клітин[7].

МЕТОДИ АНАЛІЗУ

Вивчення складу і вмісту цитокінінів в рослинному матеріалі включає ряд етапів: екстракцію, очищення, виявлення цитокінінової активності за допомогою одного або декількох біотестів і кількісну оцінку вмісту сполук з цитокініновою активністю.

Екстракцію цитокініна органічними розчинниками (70 — 95% етанолом, этилацетатом, метанолом) при кислих і лужних рН проводять з свіжого або ліофильно висушеного рослинного матеріалу. Екстракти очищають на колонках з сефадексом, катеонітами (з кислих розчинів) або аніонітами (з лужних розчинів), активованим вугіллям, переосадженням солями срібла, ацетатом барію і іншими способами. Розділення проводять за допомогою паперової тонкошарової хроматографії в різних системах розчинників (наприклад, н-бутанол — оцтова кислота — вода (4:1:1) або н-бутанол — NH4OH — Н2О (3:1:1)). Ідентифікацію цитокінінів на хроматограмах проводять по поглинанню в ультрафіолеті при 260—275 нм .

Кількісне визначення цитокінінів ускладнено через дуже низький вміст їх в тканинах рослин. Так, для препаративного отримання 1 мг зеатина було потрібно переробити 70 кг незрілого насіння кукурудзи.Для кількісного визначення цитокінінів використовують метод біотестів, а також інфрачервону спектрофотометрію, масспектрометрію, розроблений метод газової хроматографії цитокінінів.

При роботі з рослинним матеріалом після ідентифікації цитокінів на хроматограмах застосовується метод біотестів, що полягає у використанні тканин і органів рослин, позбавлених здатності синтезувати цитокініни. В ізольованому стані ці об'єкти вимагають введення екзогенного цитокініна. Звичайно застосовують 2—3 різні біопроби. В якості прикладу розглянемо 3 групи тестів.

Самими специфічними вважаються біопроби з індукцією цитокінінами поділу клітин в культурі ізольованих стерильних тканин. Використовують калюси серцевинної паренхіми стебла тютюну, сім'ядолі сої, моркви і ін. Через 4—5 тижнів визначають приріст сухої маси тканини. Чутливість методу від 1 до 100 мкг/л цитокініна .

Інша група тестів заснована на затримці цитокінінами пожовтіння ізольованого листя. Найчутливішим об'єктом є перший листок зелених проростків ячменю. Пробу проводять таким чином: відрізки основ цього листка поміщають в чашки Петрі з добавкою досліджуваних элюатів з хроматограм або різних концентрацій кінетина для калібрувальної кривої. Чашки виставляють на світло. За 6—8 днів в чашках, де не було цитокінінів, листя жовтіє. Там, де цитокініни є, хлорофілу в листку залишається тим більше, чим більша концентрація цитокініна. Хлорофіл визначають колориметричним методом. Мінімальна діюча концентрація для кінетина в цьому тесті складає 1—5 мг/л.

В основі третьої групи тестів лежить здатність цитокінінів стимулювати ріст розтягуванням клітин листка. Використовуються висікання із зеленого листя редиски, листя квасолі, гарбузи . Через З днІ визначають діаметр і сиру масу висікань. Тести цієї групи вимагають також одночасної перевірки дії ауксина і гібереліна

МЕТАБОЛІЗМ ЦИТОКІНІНІВ Вміст цитокінінів в рослинах

Застосування біотестів дозволило встановити, що найбільше цитокінінів виявляється в насінні і плодах рослин, що розвивається, причому в плодах більш висока кількість цитокінінів знаходиться в ділянках, де відбувається активний поділ клітин. У соковитих плодів в насінні вміст цитокінінів вище, ніж в м'якоті. В інших органах рослин значні кількості цитокінінів виявляються в ділянках, що володіють меристематичною активністю — в меристематичних зонах коренів і камбії меристеми. Вважають, що основним місцем синтезу цитокінінів у вегетуючої рослини є апікальні меристеми коренів. До надземних органів цитокініни потрапляють у складі пасіки.

Вільні і зв'язані форми цитокінінів

Як наголошувалося вище, першим з відкритих природних цитокінінів був вільний зеатин. Пізніше були виділені похідні зеатина—зеатинрибозид і зеатинриботид, які також володіють біологічною активністю(рис.2.3.1.1.):



рис.2.3.1.1.

Зеатин і його похідні широко поширені в рослинах. Співвідношення цих сполук у різних об'єктів різне. Показано, наприклад, що зеатинрибозид є основним цитокініном кокосового молока. Оскільки біологічна активність рибозид- і риботидпохідних зеатина нижче, ніж у зеатина, наявність їх в рослинах розглядають як спосіб регуляції рівня цитокінінової активності тканин. На це вказує, зокрема, той факт, що ті цитокініниі, що вводяться в тканини перетворюються на форми рибозидів і риботидів. Мабуть, рибозид- і риботидпохідні цитокінінів можуть служити транспортними або запасними формами. З інших похідних зеатина у рослин знайдені дигідрозеатин, рибозил-транс-зеатин.

Цитокініни як і ауксини, здатні утворювати коньюгати з глюкозою. Так, зеатин утворює 2 глюкозида: 7-глюкозилзеатин (званий також рафанатином, оскільки отриманий з редьки) і 9-глюкозилзеатин. У 9-глюкозилзеатина глюкозна частина приєднана до пуриновому кільця так само, як рибоза в зеатиннуклеозиді. В інших випадках глюкозиды цитокінінів утворюються приєднанням глюкозної частини до гідроксильної групи бічного ланцюга зеатина. Поки що невідомо, чи володіють цитокінінові рибозиди, риботиди і глюкозиди біологічною активністю самі по собі або вони активні після утворення вільної основи. Якщо вірно останнє, то конъюговані похідні є запасною формою цитокінінів . Глюкозиди, ймовірно, важливі і як транспортні форми в судинній системі.

Окрім похідних зеатина у рослин зустрічаються і інші похідні аденіна, що володіють високою цитокіновою активністю, наприклад N6-(Δ2-ізопентеніл)аденін(рис.2.3.1.2.) , (ІПА):



рис.2.3.1.2.

Біосинтез цитокінінів

Наші знання про біохімію утворення цитокінінів дуже неповні. Цитокініни, очевидно, утворюються конденсацією аденіна у азоту в 6-положенні з відповідним донором. Недавно було показано, що безклітинна ферментна система міксоміцета Dictyostellium і культури серцевини стебла тютюну утворює цитокініни з аденозинмонофосфата і Δ2-ізопентенілпірофосфата (рис.2.3.2.1.). Загальна з гібереліном і абсцизовою кислотою ізопреноїдна природа замісників у природних цитокінінів показує, що біосинтез цитокінінів паралель в деякій мірі з біосинтезом гіберелінів і абсцизової кислоти.



рис.2.3.2.1.

Подальші метаболічні реакції, які описані для цитокінінів, включають: 1) взаємоперетворення цитокінінів , 2) утворення рибозидів і риботидів з вільних основ, 3) глікозування, 4) метилювання, тобто приєднання СН3 -групи до вуглецю, що знаходиться в 2-положенні пуринового кільця, 5) розщеплення бічного ланцюга і розрив пуринового кільця. Включення цитокінінів в молекулу тРНК може відбуватися в результаті двох процесів: при синтезі тРНК з використанням нуклеозидтрифосфатів і в результаті модифікації (алкілювання) аденозина, вже присутнього в синтезованій молекулі тРНК. Поза сумнівом, що разом з процесами біосинтезу всі ці типи метаболічних реакцій, включаючи і перетворення тРНК, які містять цитокініни, дуже важливі в регуляції рівня активних цитокінінів в тканинах

Розпад цитокінінів

За допомогою мічених цитокінінів було показано, що в рослинних тканинах руйнування молекули цитокінінів починається з відщеплювання бічного ланцюга від аденінового кільця; (рис.2.3.2.2.), після чого аденін може окислюватися ксантиноксидазою до сечової кислоти. Кінцевим продуктом розпаду цитокінінів є сечовина.



рис.2.3.2.2.

Транспорт цитокінінів

Основним місцем синтезу цитокінінів, як вже наголошувалося, вважають меристему кінчиків коренів. Цитокініни знайдені в ксилемному соці . Цей факт, а також досліди з ін'єкцією екзогенних цитокінінів в стебла свідчать про те, що цитокініни здатні переміщатися акропетально по судинах ксилеми з іншими сполуками. Основними місцями «тяжіння» цитокінінів є частини і пагони , затні до росту, — бруньки, насіння і плоди, що розвиваються, молоде листя.

При обробці листя і бруньок екзогенним міченим цитокініном гормон із зони нанесення переміщається на невелику відстань. Ця відносна нерухомість обумовлює «мобілізаційний ефект» цитокінінів, завдяки якому при обробці екзогенним цитокіном листка або частини листка стримується старіння в локальній області, до якої прямує потік метаболітів з інших частин листка або навіть іншого листя

Абсцизини

Абсцизова кислота [3-метил-5-(1'-окси-4-оксо-2', 6',6'-три-етил-2'-циклогексен- l'-ил) -цис, транс-2,4-пентадіонова кислота]



рис.3.1.1.

відноситься до ряду сексвітерпенів (C15), спорідненому монотерпенам і дитерпенам(рис3.1.1.).

В молекулі АБК присутній один асиметричний атом вуглецю в кільці (1'), і тому молекула проявляє оптичну ізомерію. Вона може існувати в двох стереоізомерних (енантіомерних) формах: у формі ( + ), або правообертаючої (а), і (—), або лівообертаючої (б):



рис.3.1.2.

У формулі потовщена лінія зв'язку показує, що зв'язок направлений з площини малюнка до спостерігача, пунктирная— від спостерігача). Абсцизова кислота проявляє не тільки оптичну, але і геометричну ізомерію: вона може існувати у вигляді 2-транс,4-транс-(1) і 2-цис, 4-ізомерів (II) подвійного зв'язку бічного ланцюга(рис.3.1.3.):



рис.3.1.3.

має 2-цис, 4-транс-конфігурацію бічного ланцюга, і її називають просто абсцизовою кислотою, а 2-транс, 4-транс-ізомер називають 2-транс-абсци-зовою кислотою. Під дією видимого і ультрафіолетового світла природна форма поволі, без участі ферментів ізомеризуєтся в біологічно малоактивну 2-транс-форму.

Хімічно чиста АБК є кристалічною речовиною з температурою плавлення 160—161°С і молекулярною масою 264,31. АБК має УФ-спектр з максимумом при 262 їм (коефіцієнт молярної экстинкції 21400) . У водних розчинах при рН вище 7,0 максимум поглинання знаходиться при 245 нм і на 20% зростає коефіцієнт молярної экстинкції . АБК добре розчинна в лугах, хлороформі, ацетоні, спирті і ефірі; погано розчинна у воді, бензолі і петролейному ефірі. В молекулі АБК присутній ряд хромофорів: кетогрупа і подвійний зв'язок в ядрі, карбонільна група і конъюговані подвійні зв'язки в бічному ланцюзі

МЕТОДИ АНАЛІЗУ

Для екстракції АБК використовують органічні розчинники — метанол, этилацетат, хлороформ і інші. Видалення нейтральних і основних речовин, слабих кислот (наприклад, фенолів) здійснюється за допомогою бікарбонатного очищення: перевід екстракту в розчин NaНСОз і очищення диетиловим ефіром з подальшим підкисленнямяє екстракту і переводом кислих сполук в ефір.

Подальше очищення проводиться за допомогою паперової або тонкошарової хроматографії в різних системах розчинників. Добиваються звільнення елюату від сполук, які поглинаються в УФ-світлі. Метанольний або этанольний екстракт з хроматограм підкисляють H2SO4 до 0,005 н і використовують для вивчення спектру поглинання в УФ-світлі, спектрів дисперсії оптичного обертання і кругового дихроїзму. Чутливість методу 0,5 мкг АБК в 1 мл розчину.

Для усунення можливих помилок через домішки або великі втрати при очищенні використовується метод рацематного розбавлення, заснований на додаванні до неочищеного екстракту рацемата АБК. Подальше визначення АБК проводять методами УФ-спектрометрії і дисперсії оптичного обертання. Перспективним є метод газорідинної хроматографії, оскільки він не вимагає значного очищення екстрактів. Його застосовують окремо або спільно з масспектрометрією.

Нарешті широко використовуються біологічні методи визначення інгібітору в тканинах. До них відноситься метод, заснований на здатності АБК викликати закриття продихів у шматочків епідермісу. Біопроба відповідає тільки ( + )АБК- ступінь відкриття продихів зменшується в прямій залежності від концентрації інгібітору. Не менше специфічною є біопроба, заснована на ефекті антитранспірування абсцизової кислоти. Іншими тестами можуть служити прискорення опадання черешків безлистих експлантантів, придушення синтезу амілази в зернівках злаків і т.д. Менш специфічними, але часто тими, що вживаються є тести по пригніченню зростання відрізків колеоптилів і проростанню насіння. За допомогою біотестів можна судити про вміст АБК в тканинах, якщо встановлена кількісна залежність реакції тесту від концентрації АБК

МЕТАБОЛІЗМ АБСЦИЗИНІВ

Абсцизовая кислота знайдена у всіх досліджених покритонасінних і голонасінних рослин. .

У вищих рослин АБК присутня у всіх органах. Багате на АБК старе листя, зрілі плоди, насіння і бруньки що знаходяться в стані спокою, менше її міститься в молодих, активно ростучих тканинах (листі, проростках). Максимальна кількість АБК— 4,1 мг/кг сирої маси — знайдено в насінні Rosa arvensis.

Вільні і зв'язані форми абсцизової кислоти

Як вже наголошувалося, природною фізіологічно активною формою фітогормона є ( + )-2-цис-изомер. На світлі відбувається його ізомеризація в 2-транс-ізомер. Зворотного переходу не виявлено. Вміст 2-ізомеру в тканинах дуже низький, він майже не володіє біологічною активністю. В рослинах знайдена зв’язана форма абсцизової кислоти — складний ефір абсцизової кислоти і D-глюкози який не розщеплюється глюкозидазою мигдалю, але гідролізуєтся ендогенними ферментами типу естераз. Показана його присутність у багатьох рослин. Він володіє удвічі меншою біологічною активністю, ніж вільна АБК. Вважається, що це сполука служить для часткової інактивації АБК в рослині і виконує резервну роль, звільняючи АБК при гідролізі естеразами. Встановлено, що таку роль грає ефір, що утворюється при етерифікації екзогенної АБК.

В рослинах у вільному стані знайдені інші продукти перетворення АБК — 6'-оксиметилабсцизова кислота, фазієва, 4'-дигідрофазієва і эпидигідрофазієв кислоти . Ці сполуки майже не проявляють інгібуючий ріст активності і є продуктами інактивації АБК.

У ряду рослин як природня сполука був виділений ксантоксин (див. мал. 56), цис-ізомер якого набагато активніший в інгібуванні росту, ніж трансізомер. Висока біологічна активність ксантоксина пов'язана з його перетворенням з АБК. Окрім АБК в рослинах знайдений ряд сполук, споріднених з АБК структурно і (або) проявляючих схожу з нею біологічну активність. До них відносяться, наприклад, воміфоліол (блюменол А) з листя Rauwolfia vomitoria і “споріднені „ йому блюменоли В і С Показано, що блюменол викликає закриття продихів в тих же концентраціях, що і АБК. До цієї групи сполук входить також і лунуларова кислота водоростей і печінкових мохів. До групи сесквітерпенів відноситься геліангін, виділений з Helianthus iuberosus, який гальмує розтягування колеоптилів вівса. Ряд сполук рослинного походження, що мають сесквітерпенову будову, володіє високим цитотоксичністю, інгібірує розтягування колеоптилів пшениці, надає антиканцерогенний ефект. Прикладом цих сполук може служити піретрозин, виділений з хризантеми:



рис.3.3.1

Біосинтез абсцизової кислоти

В даний час досліджуються і обговорюються два шляхи біосинтезу абсцизової кислоти в рослинах: по-перше, подібно іншим сесквітерпеноїдам, з трьох молекул мевалонової кислоти; по-друге, як продукт розпаду каротиноїдів. Синтез АБК з мевалонової кислоти (мал. 55) включає ряд етапів. Двократне фосфорилування і декарбоксилювання мевалонової кислоти приводять до утворення ізопентенілпірофасфата. Далі відбувається ізомеризація ізопентенілпірофосфата з утворенням диметилалілпірофосфата, взаємодія якого з другою молекулою ізопентенілпірофосфата дає геранілпірофосфат. В результаті приєднання до геранілпірофосфату ще однієї молекули ізопентенілпірофосфату утворюється фарнезилпірофосфат, є загальним попередником всіх сесквітерпеноїдів (див. мал. 75). Функціонування цього шляху біосинтезу АБК у рослин доводиться численними даними про те, що введення міченої мевалонової кислоти в тканині будь-якого органу рослини приводить до появи радіоактивної АБК в тканинах.

Припущення про можливість утворення АБК при окислювальному розпаді ксантофілів в рослинах грунтується на подібності будови абсцизової кислоти і каротиноїдів. На це вказує і більший вміст інгібітору в рослинах



рис.3.4.1.

Інактивація АБК

Інактивація АБК починається з процесу гідроксилювання, що протікає на мембранах ендоплазматичного ретикулуму.



рис.3.4.2.

Процес потребує Оз і НАДФН. Першим продуктом реакцій гідроксилювання є 6'-оксиметилабсцизова кислота (мал. 57), яка, мабуть, спонтанно перебудовується у фазієву кислоту, що перетворюється на дигідрофазієву кислоту. При введенні в проростки квасолі екзогенної (±)-[214С] абсцизової кислоти була знайдена також эпідигідрофазієвае кислота в кількості 1—2% від вмісту дигідрофазієвої кислоти. Є дані про існування ще більш окислених метаболітів фазієвої і дигідрофазієвої кислот. Але завершальні етапи розпаду АБК ще не з'ясовані. Утворення фізіологічно неактивних фазієвої і дигидрофазієвої кислот в процесі гідроксилювання АБК разом з синтезом абсцизил-глюкопіранозида регулює рівень вільної АБК в тканинах рослин.

СПЕКТР БІОЛОГІЧНОЇ ДІЇ

Як і інші фітогормони , абсцизова кислота володіє комплексною фізіологічною дією, впливаючи на ріст і розвиток рослин. Участь абсцизової кислоти в процесах росту і морфогенезу Добре відомою дією АБК є гальмування росту у рослин. Саме за цю здатність АБК відносять до інгібіторів росту. Взаємозв’язки АБК з ауксинами, гіберелінами і цитокінінами в регуляції росту ще не з'ясовані до кінця. У багатьох випадках АБК виступає антагоністом всіх трьох груп фітогормонів: у колеоптилів вівса АБК швидко (протягом 5 хвилин) гальмує дію ІОК на посилення росту розтягуванням, пригнічує здатність гібереліна індукувати синтез α-амілази в алейронових шарах зернівок ячменю і усуває затримуючий вплив цитокініна на старіння листя. Ці ефекти АБК ослабляються додатковою обробкою ІОК, сумісним застосуванням гібереліна і цитокініна і цитокініном відповідно. У ряді випадків АБК нейтралізує токсичну дію надоптимальних концентрацій ріст-активуючих речовин.

Разом з дією, що інгібіує, відомі приклади і стимулюючого впливу АБК на ріст. Абсцизова кислота стимулює розвиток плодів у троянди, подовження гіпокотиля огірка, утворення коренів у стеблових живців плюща і квасолі, причому в двох останніх випадках вона усуває інгібуючий ефект гібереліна на утворення коренів. Істотну роль, мабуть, грає АБК в регуляції дозрівання плодів

Механізми дії фітогормонів

Механізм дії фітогормонів в основних рисах і навіть в багатьох молекулярних «деталях» схожий з механізмом дії гормонів тваринних, хоча значно менш вивчений. Чутливі клітини сприймають гормон завдяки специфічним рецепторам, розташованим головним чином на плазматичній мембрані. Після взаємодії з гормоном рецептори міняють свою конформацію (просторову форму) і тим або іншим способом передають сигнал всередину клітини. Як і у тварин, передавачами сигналу (вторинними посередниками) у рослин можуть служити каскади протеїнкіназ , протеїнфосфатаз, фосфоінозит, диацилгліцерин, фосфатидні і жирні кислоти, кальцій, циклічні нуклеотиди, оксид азоту, перекис водню. Гормональний сигнал, проходячи по певному шляху аж до ефекторних структур, звичайно посилюється у багато разів. Кінцевою мішенню фітогормонів в клітині є гени, причому, залежно від типу фітогормона і типу тканини, активується або репресується той або інший набір чутливих (компетентних) генів. При дії фітогормонів на гени-мішені відбувається утворення або, навпаки, зникнення відповідних ферментів. Хоча компетентні гени складають малу частку від загальної кількості активних генів, зміни їх активності звичайно достатньо для включення або виключення метаболічної програми, контрольованої фітогормоном



Біологічно активні речовини (БАР), в тому числі фітогормони — регулятори (стимулятори) росту і розвитку рослин (РРР), у сучасних умовах набувають все більшого значення. Їх застосування в землеробстві, рослинництві та лісівництві дає результати, яких не можна досягнути іншими методами. Використання цих препаратів дозволяє повніше реалізувати генетичні можливості, підвищити стійкість рослин проти стресових факторів біотичної та абіотичної природи і в кінцевому результаті збільшити урожай і поліпшити його якість. Зважаючи на це, Організація Об’єднаних Націй ще в 1973 р. рекомендувала використання РРР у всесвітньому масштабі для підвищення виробництва продукції у агропромислових комплексах. Вважається, що, поряд з добривами і пестицидами, вони мають зайняти важливе місце в системах удосконалення технологій виробництва рослинної продукції.

Згідно з сучасними уявленнями, під РРР розуміють природні та синтетичні органічні речовини, яким властива значна біологічна активність і які у малих дозах змінюють фізіологічні і біохімічні процеси, ріст, розвиток й формуванні урожаю сільськогосподарських рослин, не спричиняючи токсичної дії. Зокрема, при внесені ззовні в рослину, вони включаються в обмін речовин і активізують фізіолого-біохімічні процеси, підвищуючи рівень життєдіяльності рослин

Відомо, що всі РРР можна умовно поділити на декілька груп залежно від їх здатності впливати на процеси клітинного поділу, керувати процесами розтягування й формування клітинної стінки, змінювати її структуру та архітектоніку, фізико-хімічні й механічні властивості, габітус всієї рослини, її стійкість проти вилягання тощо [2]. Одні об’єднують біологічно активні речовини, які контролюють клітинну диференціацію, органо- і формоутворення, взаємодію між частинами і органами рослин, вибірково і специфічно включаються в найважливіші метаболічні процеси — дихання, фотосинтез, транспорт органічних речовин, беруть участь у регуляторних механізмах клітини на метаболічному рівні. До окремої групи біологічно активних речовин належать сполуки, за допомогою яких можна керувати станом спокою і процесами старіння клітини та в цілому рослини. Вони використовуються для виведення із стану спокою рослин або їх частин, регуляції процесів дозрівання листя, плодів та ін.

Основні природні РРР включають ауксини, цитокініни, гібереліни, абсцизову кислоту та етилен; крім того, до фітогормонів належать так звані нетрадиційні фітогормони: брасиностероїди, саліцилова і жасмонова кислоти. Серед них найбільш детально вивченими є ауксини. Доведено, що вони беруть участь у регуляції різноманітних ростових і формоутворюючих процесів, зокрема стимулюють розтягування клітин і активують ферменти, що відповідають за міцність клітинної стінки.

Гібереліни виділено з рослин і мікроорганізмів. Серед них найбільш поширеним є гіберелін А3 (гіберелінова кислота), який прискорює ріст, що пов’язано зі стимуляцією клітинного поділу, хоча може спричинювати й розтягування клітин.

Цитокініни впливають на ряд фізіолого-біохімічних процесів, стимулюючи синтез основних біомакромолекул — білків і нуклеїнових кислот, активізуючи клітинний поділ, підвищуючи інтенсивність фотосинтезу, прискорюючи транспортні процеси у мембранах, регулюючи надходження елементів живлення в клітину рослини, виконуючи захисну дію від несприятливих екологічних факторів.

До синтетичних РРР належать препарати, що є структурними аналогами природних фітогормонів, а також гербіциди та ретарданти.

Аналіз стану використання біологічно активних речовин показує, що в усьому світі на великих площах застосовують не ендогенні сполуки, а синтетичні РРР [2, 3]. Фітогормони природного походження через їх високу вартість за деякими винятками недоцільно застосовувати у виробничих умовах.

Нині Україні проводяться багатопланові роботи зі створення РРР нового покоління (синтетичних і природних), починаючи з первинного скринінгу цих речовин і всебічних досліджень їх фізико-хімічних, фізіологічних та токсикологічних властивостей до впровадження в сільськогосподарське виробництво [4, 5]. Синтезовано понад 125 сполук похідних піридину, зокрема N-оксидів піридину. серед них виявлено екологічно нешкідливі речовини, що при низьких нормах витрат характеризуються високою фунгіцидною, бактерицидною та рістрегулюючою активністю. На основі цих сполук та їх композицій з природними біостимуляторами розроблено ряд ефективних, низьковитратних, екологічно безпечних РРР і технологій їх застосування для більшості сільськогосподарських культур

Встановлено, що ці препарати малотоксичні і згідно з санітарно-гігієнічною класифікацією належать до III–IV класів небезпеки. Вони швидко утилізуються сапротрофними мікроорганізмами, нетоксичні для ґрунтової мікрофлори і фауни, гідробіонтів, комах-запилювачів, інших біологічних об’єктів

Широкомасштабне виробниче застосування РРР у нашій державі тільки розпочинається. Тому для успішного їх практичного використання важливе значення мають результати досліджень закономірностей дії цих препаратів. Так, показано, що фітогормони виявляють свою дію лише тоді, коли в рослинах їх недостатньо (при проростанні насіння, цвітінні, порушенні цілісності організму, при дії несприятливих умов зовнішнього середовища тощо). Фізіологічна дія фітогормонів та ефективність їх застосування залежать також від виду і концентрації препаратів, виду рослин, фази їх росту, розвитку і фізіологічного стану, рівня мінерального живлення, а також кліматичних умов [7].

Як свідчить аналіз, основними напрямами застосування вітчизняних РРР є вирощування основних сільськогосподарських культур, в основному зернових, овочевих, технічних [4, 6, 8]. Польові випробування препарату триман-1 як при передпосівній обробці насіння, так і при обприскуванні посівів при нормі витрати 5–20 г на 1 т насіння чи на 1 гектар посівів на ґрунтах різних типів України свідчать про позитивний вплив його на ріст, розвиток і урожай сільськогосподарських культур (зернових, кормових, технічних, овочевих) і якість рослинної продукції. Так, збільшення урожаю зернових культур при застосуванні триману-1 становило 14–26 %, вмісту білка — 0,6–1,5 % і клейковини — 1,5 %

Використання цих препаратів при вирощуванні садивного матеріалу деревних порід ще не набуло широкого розповсюдження, тому метою нашого дослідження було, використовуючи літературні дані, дати оцінку їх практичної перспективності.

Результати дослідження. Ще у 70–80 рр. минулого століття було опубліковано ряд фундаментальних робіт, присвячених дослідженню біологічно активних речовин, їх впливу на ріст і розвиток рослин, у тому числі лісових порід, з’ясуванню механізму їх дії

У 1983 р. у монографії Т.В. Лихолата [13], присвяченій РРР деревних порід, описано їх застосування для прискореного проростання насіння різних видів, стимуляції коренеутворення, плодоносіння, а також для інтродукції та акліматизації рослин. Наведено також найновіші на той час дані, підтверджуючи перспективність використання РРР.

З часом було одержано додаткові дані щодо позитивної дії РРР на деревні рослини. Під їх впливом інтенсифікуються процеси синтезу білкових речовин і цукру, зменшується в’язкість протоплазми, покращується її проникність, відновлюваність тканин, збільшується вміст хлорофілу, зростає активність фотосинтезу, підсилюється розвиток кореневої системи, особливо придаткових коренів [14–16]. Разом з цим багато питань залишається нез’ясованими, особливо стосовно важкоукорінюваних деревних порід.

У зв’язку з цим у подальшому значна увага стала приділятися розробці різних видів біостимуляторів як для підсилення росту, так і поліпшення якості садивного матеріалу лісових порід. Так, встановлено [17] позитивний рістрегулюючий вплив параамінобензойної кислоти (ПАБК) при позакореневій обробці сіянців сосни і ялини розчинами цього препарату. Порівняно з гібереліновою кислотою та гетероауксином ПАБК більшою мірою стимулює ріст кореневої системи та накопичення біомаси рослин. Оптимальні концентрації ПАБК для сосни — 1•10^-7–1•10^-5 %, для ялини— 1•10^-7–1•10^-3 %. Результати роботи свідчать про доцільність застосування ПАБК у низьких концентраціях при вирощуванні садивного матеріалу хвойних порід у лісових розсадниках

Позитивну дію ПАБК було підтверджено й іншими авторами [18]. При обробці насіння сосни і ялини водним розчином цього препарату у концентраціях від 0,001 до 0,06 % протягом 5, 8, 10 та 16 год. з наступним висівом у ґрунт спостерігали стимулюючий ефект, який виявлявся при всіх досліджуваних дозах, особливо на другий рік вирощування рослин. В окремих варіантах досліду обробка насіння розчинами ПАБК підвищила вихід стандартних сіянців сосни та ялини на 175 % порівняно з контролем.

А.Р. Родин описав, вивчаючи вплив біологічно активних речовин різної природи на схожість насіння, ріст та збереження сіянців чотирьох видів сосни, які вирощувалися в неоднакових грунтово-кліматичних умовах, встановив, що краща схожість насіння була при його передпосівній обробці гетероауксином. Гіберелін також позитивно впливав на ріст сіянців

У Всеросійському НДІ хімізації лісового господарства проведено дослідження ефективності застосування біостимуляторів при вирощуванні сіянців сосни та модрини [20]. Встановлено, що стимулятори росту емістим, СИЛК, Агат-25К стимулюють ріст сіянців на всіх етапах їх вирощування у посівному відділенні розсадника. Вихід стандартного садивного матеріалу з одиниці площі збільшувався у середньому на 30, що забезпечувало суттєвий економічний ефект. Найбільша ефективність відмічена при обробці сіянців емістимом та агатом-25К. при використанні СИЛК одержані результати були нестабільними.

Вивчаючи у Чуміковському лісгоспі (Хабаровський край) вплив стимуляторів росту на ріст сіянців різних деревних порід, Ю.С. Пентелькина [21] встановила, що передпосівна обробка насіння скорочує строк вирощування сіянців у розсаднику на 1 рік і проведення агротехнічного догляду. За реакцією на передпосівну обробку насіння стимуляторами росту деревні породи розміщуються відповідно до зростання у такій послідовності: ялиця білокора < ялина саянська < модрина амурська, охотська, даурська < сосна звичайна. Високу пластичність модрини та сосни пояснюють біологічними особливостями порід. Для посіву у промислових умовах рекомендують передпосівну обробку насіння з використанням імуноцитофіту, спор ґрунтових і лісових грибів.

Тепер значну увагу приділяють БАР на основі кремнію. Так, у Лісовому коледжі університету Бейхуа (Китай, College of Foresry, Beihua univ., Jilin) визначали вплив наноструктурованого діоксиду кремнію (ТМS) різних концентрацій на інтенсивність розвитку однорічних сіянців модрини ольгінської Larix jlgensis [22]. Корені сіянців протягом 6 годин вимочували у розчинах ТМS концентрацій 2000, 1000, 500, 250, 125 та 62 мкл/ л. Потім протягом вегетаційного періоду (травень–жовтень) сіянці регулярно вимірювали кожні 15 днів. Кращі результати одержали при обробці їх розчином ТМS концентрацією 500 мкл/ л: середня висота, діаметр кореневої шийки, довжина головного кореня та кількість бокових перевищували контроль (без обробки ТМS) відповідно на 42,5; 30,7; 14,0 та 31,6 %. При цьому сіянців третьої категорії не виявлено, а першої і другої була однакова кількість. Тут також відмічено найбільш високий вміст хлорофілу у хвої.

У Башкирському сільськогосподарському інституті синтезовано речовину індолін, що має ауксиноподібну активність [23]. У дослідах з 3-річними сіянцями ялини сибірської, берези пониклої і липи дрібнолистої показано, що біологічна активність цього препарату, поіврняно з нафтилоцтової кислотою (НУК), що широко застосовується при вирощуванні садивного матеріалу, значно вища. Новий препарат не тільки активізує ростові процеси у рослин, але й збільшує вміст хлорофілу в листі.

Проведено дослідження й інших екологічно безпечних і малотоксичних РРР для лісового господарства [24]. Найбільш ефективними з випробуваних препаратів під час вирощування садивного матеріалу ялини були фумар, крезацин та амбіол. У відкритому піщаному ґрунті при низькому рівні мінерального живлення (NH₄–N–0,8; P₂O₅–9,5; K₂O–2,6 мг/100 г ґрунту) та вмісту гумусу 2,9 % завдяки передпосівній обробці насіння зазначеними препаратами масові сходи з’явилися на 2–3 дні раніше, а ґрунтова схожість підвищилася на 5–9 %. Лінійні показники дослідних сіянців у кінці третього року вирощування перевищували показники контрольних на 19–38 %. Ще більшою була різниця у біомасі — 23–172 %. У випадку неможливості здійснення зазначеного прийому доцільно застосовувати позакореневу обробку сіянців у перший або другий рік вирощування водними розчинами фумару та крезацину в концентраціях 1•10^-4 та 1•10^-3, амбіолу — від 1•10^-5 до 1•10^-3 %. В результаті цих заходів вихід стандартного садивного матеріалу підвищувався на 20–30 %.

У результаті тривалого хімічного пресу на ґрунти, особливо при застосуванні невиправдано завищених доз гербіцидів, до яких ґрунтові мікроорганізми виявилися достатньо чутливими, з’явилися ознаки “стомлення ґрунту”, токсикозу та прогресуючого падіння його родючості, що призвело до зниження продуктивності виробництва садивного матеріалу в лісорозсадниках [25]. Під впливом хімічних засобів різко скоротилася чисельність корисної мікрофлори, проте добре пристосувалися до цих умов її антагоністи, які продукують фітотоксичні речовини. Як міра протидії цим явищам виявлено достатньо високу результативність використання у лісорозсадниках комплексних препаратів на основі відселекційованих штамів ґрунтових мікроорганізмів (азотфіксувальних, фосфатмобілізуючих, молочнокислих бактерій), а також синтетичних регуляторів росту. Ці препарати при передпосівній обробці насіння збагачують ґрунт біологічним азотом, сприяють накопиченню в ньому фосфору у доступній для рослин формі і, тим самим, поліпшенню їх азотного та фосфорного живлення. Крім того, вони стимулюють ріст та активність корисної ґрунтової мікрофлори, синтезують стимулюючі ріст речовини та вітаміни групи В; завдяки антагоністичним властивостям пригнічують розвиток патогенів, оздоровлюючи тим самим ґрунтовий біоценоз. Наприклад, на дерново-підзолистих ґрунтах одноразова обробка рослин біопрепаратами весною сприяє зменшенню чисельності та повному зникненню грибів родів Fusarium, Penicillium, Aspergillus, домінування яких при вирощуванні хвойних порід небажане, тому що вони спричиняють розвиток токсикозу ґрунту. Одночасно з пригніченням фітопатогенів зростає чисельність їх антагоністів, зокрема грибів, що активно руйнують целюлозу (Dematium, Trichoderma) та беруть участь у формуванні гумусу (Alternaria, Cladosporium, Dematium).

Комплексні біопрепарати , до складу яких, поряд з азотфіксаторами і фосфатмобілізуючими мікроорганізмами, входять штами бактерій, здатні активно синтезувати РРР, позитивно впливають на ґрунтові мікроорганізми і рослини, в т.ч. сприяють поліпшенню ґрунтоутворюючого процесу

Таким чином, аналіз літературних даних із застосування в лісівництві препаратів РРР синтетичного і природного походження свідчить про перспективність цього технологічного заходу для одержання якісного садивного матеріалу деревних порід.

Біологічні стимулятори – натхнення рослин

Користуємося ними і збираємо щедрий урожай


Відра і кошики, повні врожаю, – найкраща винагорода садівника-городника. Щоби вродило рясно, лише якісного посадкового матеріалу і дотримання технологій замало, тут без біостимуляторів росту рослин не обійтися. Як ними правильно користуватися?


Досвідчені городники знають: якщо овочам, зернобобовим слід збільшити схожість насіння, додати рослинам стійкості до хвороб, перепадів температури, посухи, підвищити врожай і покращити якість продукції, необхідний Емістим С або Агроемістим-екстра. Ці препарати мають широкий спектр дії, тому допоможуть також плодово-ягідним культурам, деревам, чагарникам, квітам, грибам та газонній траві.


Картопля вдасться не лише в бадилля, а й у коріння, якщо скористатися Потейтином. Цей прозорий водний розчин стимулює розвиток рослин, сприяє огрубінню листя і стебел, а цьому колорадський жук та дротяник не раді.
Насіння огірків, помідорів, солодкого перцю, капусти, моркви, баклажана непогано обробити препаратом Івін. І родючості додасть, і вміст у плодах нітратів, важких металів, радіонуклідів знизить.


Прискорить ріст коріння живців і саджанців дерев, чагарників і квітів, лікарських рослин стимулятор Чаркор.
Для соняшника й рапсу, конюшини та цукрового буряка, кукурудзи й люцерни українські вчені також створили «натхненників» росту. Їм вдалося стимулювати цвітіння вкрай примхливої люцерни. І для науки це – сенсація!

Кореспондент «Вечірнього Києва» розпитав про те, як столичним дачникам найкраще користуватися біостимуляторами росту в одного з винахідників цих препаратів, директора Державного підприємства «Міжвідомчий науково-технологічний центр «Агробіотех» НАН та МОН України, академіка Сергія Пономаренка.


– Хімічні сполуки-біостимулятори діють на фітогормонний статус рослини. А від гормонів залежить нормальний обмін речовин в організмі. Завдяки регуляторам росту покращується обмін речовин – отже, добре розвивається і міцним та здоровим виростає весь рослинний організм.


Усе в рослинництві розпочинається з насіння. Обробивши перед висівом насіннєвий матеріал одним з біостимуляторів, можна значно поліпшити його якість. Хвора чи із слабкою енергією проростання насінина проходить ніби капітальний ремонт: скажімо, від того ж Біолану чи Емістиму С вона одержує цілий комплекс біологічно активних речовин – фітогормонів, амінокислот, ферментів, мікроелементів тощо. Така насінина швидше проростає, у неї утворюється сильна розгалужена коренева система. А в паростка значно поліпшується фотосинтез, розмір листової пластинки. Здорова ж рослина випередить у розвитку всі навколишні, навіть які є в сусідів.


Обробка насіння квітів, а потім і самих рослин біостимуляторами дає квітникареві більше шансів на успіх. Адже не секрет, що ріст, фізіологічний розвиток будь-якої рослини залежать не тільки від якості насіння. Існують ще догляд за нею, вчасний полив тощо.


Насіння проросло. А далі рослині треба створювати максимально сприятливі умови для розвитку. Тож бажано періодично обприскувати її водним розчином Біолану або Емістиму С спільно з хелатними формами мікроелементів.
Гною та добрив для стимулювання росту рослин недостатньо. Врожайність, якість продукції підвищать біостимулятори.

Ми вишукали природні продукти біотехнологічного виробництва. Це продукти життєдіяльності грибів мікроміцетів з кореневої системи женьшеню. У стерильних умовах на живильному середовищі вони продукують природні біологічно активні сполуки, які послаблюють від’ємний вплив навколишнього середовища і антропогенних факторів. Вони цікаві тим, що у дендрології, ботанічних садах, на ділянках садівників та городників допомагають приживатися рослинам-екзотам. Екологічно ці сполуки абсолютно безпечні. Під впливом регуляторів росту зменшується надходження в рослини іонів важких металів та радіонуклідів, підвищується детоксикація різних полютантів рослиною. І все це доступно за вартістю кожній родині порівняно із закордонними аналогами.


Квітникарі та й городники-аматори можуть придбати біостимулятори у магазинах системи «Укрсортнасінняовоч», які є в кожному обласному центрі, а в Києві – на Харківському шосе, 50, де розташовано «Агробіотех».


Побачити результати дії наших препаратів я порадив би на власній ділянці. Та ніколи не забувайте залишити кілька рослин без обробки біостимуляторами для порівняння, це моє прохання, щоб відчути науковий підхід. А з прикладів я навів би агрокомбінат «Пуща-Водиця», де впродовж багатьох років відпрацьовано елементи технологій з українськими біостимуляторами.


Разом з фахівцями Ботанічного саду НАН України ми обробили насадження бузку. За угодою з Печерським «зеленбудом» обробили 800 кущів калини, закладених з ініціативи Президента Віктора Ющенка в пам’ять жертв Голодомору. На прохання Уманського дендропарку «Софіївка» наші препарати використано на плантації ведмежого горіха. Ми плідно співпрацюємо з Вінницьким об’єднанням «Облліс» з вирощування саджанців лісових порід, насаджень новорічних ялинкових красунь, вирощуванні тополі, як енергетичної відновлювальної сировини тощо.


Сьомий рік поспіль забезпечуємо німецьких партнерів нашими біостимуляторами. Компанія на околиці Дрездена вирощує 60 000 орхідей на рік і має більш якісну продукцію на тиждень раніше за конкурентів.


Наш заклад функціонує вже 18 років, і винаходи науковців аграрії випробували на основних сільгоспкультурах на 10 державних обласних дослідних станціях України. У Міністерстві агропромислового комплексу підтвердили, що завдяки новітнім препаратам урожайність підвищилася на 15–20%, значно кращою стала якість вирощеної продукції, а ґрунт збагатився на корисні для рослин бактерії. Витрати – мінімальні, економляться енергоносії, а рентабельність – висока, навіть коли посівам бракує добрив.


Налагоджено виробництво широкого асортименту регуляторів росту, і їх тепер застосовують як в Україні, так і в Білорусі, Казахстані. Ці технології досліджували в Росії, у п’яти провінціях Китаю, Німеччині, і вчені констатують, що рослинні біотехнології стають реальною статтею українського експорту.
Синтетичні регулятори росту рослин

Синтетичні регулятори росту рослин стали з'являтися після синтезу голландським фізіологом рослин Ф. Кеглем (1931—35) ауксину. Потім був проведений синтез подібних з'єднань із високою біологічною активністю. Найбільш перспективними виявилися регулятори росту типу індолилмасляної, нафтилоцтової й 2,4-дихлорфенилоцтової комітети (2,4-Д). В 1955 був синтезований кинетин (цитокінін). До груп синтетичних регуляторів ставляться також інгібітори: ретарданти — препарати, що зменшують довжину й збільшують товщину стебел, і морфактинін — з'єднання, що викликають аномалії в точці росту й поява виродливих органів у рослин.

До сучасних синтетичних регуляторів росту належать такі: 

Цитодеф

N-(1,2,4-триазол-4-ил)-N"-фенилсечовина. Є синтетичним похідним природного цитокініна дифенилмочевины й по активності не уступає 6-БАП або кінетину. Використається у вигляді 4% розчину (цитодеф) на плодових культурах для підвищення врожайності й поліпшення зберігання плодів. На овочевих культурах для збільшення виходу ранньої продукції, на цукровому буряку для збільшення цукристості коренеплоду, на декоративних культурах для збільшення яскравості фарбування й розмірів квітів. Різні аспекти цитокінінової активності цитодефа в додатку до широкого кола культурних рослин досліджені й продовжують вивчатися в наш час.

Крезацин

Трис-(2-оксиетил)аммоній-о-крезоксиацетат або триетанолаамінова сіль крезоксиоцтової кислоти. Регулятор росту ауксинового типу. Препарат малотоксичний, не володіє канцерогенним, мутагенним, тератогенним і кумулятивними властивостями.

Крезацин характеризується широким спектром біологічної активності. Виявлено, що антистресове, мембраностабілізуюча дія крезацина здійснюється через гальмування перекісного окислювання ліпідів мембран і підвищення вмісту в біомембранах вітамінів А и Е.

Вивчалася дія крезацина на ріст і розвиток сіянців коштовних видів сосен (сосна звичайна, сосна кедрова сибірська, сосна кримська, сосна гірська й ін.). Експерименти показали, що передпосівна обробка насіння хвойних порід крезацином сприяє більш дружному їхньому проростанню, прискоренню росту сіянців протягом усього строку вирощування й одержанню більшої кількості стандартного посадкового матеріалу з одиниці площі. Відзначено, що крезацин при позакореневій обробці сіянців сприяє посиленню росту кореневої системи, і як наслідок, прискоренню росту таких повільно зростаючих порід, як кедр сибірська й корейський, сосна кримська й гірська.

Мівал

1-хлорметилсилатран, малотоксичний, не має мутагенної й алергенної дії, не проявляє канцерогенних і кумулятивних   властивостей.   Виявлено,   що   в   основних   груп   ґрунтових мікроорганізмів мівал утилізується як джерело азоту на тлі вуглецю (глюкоза, етанол, гліцерин). Це вказує на реальну можливість повної утилізації мівала співтовариством ґрунтових мікроорганізмів.

Мівал впливає на стійкість мембранних структур і функцій хлоропластів рослинних клітин, підвищує стійкість рослин до несприятливих впливів зовнішнього середовища, що може бути обумовлено стабілізацією мембран.

При метаболізмі мівала в клітині утворюються два основних структурних компоненти – триетаноламін і хлорметилполісилоксан.

Застосування мівала в лісових розплідниках навіть при невисокому рівні агротехніки підвищує вихід стандартних сіянців сосни і ялини. При зеленому живцюванні вишні мівал (0,005%) стимулює корнеутворюючий процес [8].
Інші сучасні регулятори росту і їх використання наведені в таблиці:

Регулятори росту рослин [2]

Назва	Для яких рослин	Розфасовка, мл	Ціна, грн
”Фумар”	Картопля, овочі, виноград, баштанні, плодово-ягідні	5	2,6
”Корневин”	Фруктові дерева, кущі	5	3
”Емістим С”	Картопля	5	4,5
”Бутон”	Овочі	10	5
”Потейтін”	Картопля	15	6
”Івін”	Овочі	3	6
”Чаркор”	Плодові дерева, плодово-ягідні, виноград	3	6
”Агростимулін”	Квіти	5	6
”Біолан”	Картопля, овочі, виноград, баштанні, плодово-ягідні	100	175
”Радостим”	Плодові дерева, кукурудза, соняшник	250	198

Застосування фітогормонів та синтетичних регуляторів росту в рослинництві

Екзогенне внесення фітогормонів необхідне у випадку, коли їх не вистачає. Hайчастіше це трапляється в особливі, критичні моменти онтогенезу або коли порушується цілісність рослинного організму. Інколи створюються умови вирощування, які гальмують синтез ендогенних гормонів, тоді також необхідне екзогенне внесення їх.

Слід враховувати, що клітини, тканини, органи повинні бути сприйнятливими до екзогенних фітогормонів, тобто компетентними. Компетенцію обумовлюють наявність специфічних білків рецепторів та загальний стан внутрішньоклітинних процесів. Клітина може бути на одній фазі росту компетентна до дії даного фітогормону, а на іншій — ні.

Фізіологічна дія всіх фітогормонів залежить від їх концентрації та взаємовідношення. Підвищена концентрація, як правило, викликає не стимуляцію, а гальмування метаболізму і загибель організму. Як відомо, ендогенні фітогормони локалізовані в певних компартаментах клітини, тому екзогенне внесення не може повністю замінити їх, так як при внесенні ззовні

розподіл фітогормонів буде іншим.

В практиці рослинництва ауксини найчастіше використовують для:

- стимулювання коренеутворвння у живців, відновлення кореневої системи. Так, обробка нижніх кінців живців ІОК в концентрації 50 мг/л викликає приплив до них поживних речовин, посилює дихання, що позитивно впливає на коренеутворення;

- утворення партенокарпічних плодів. Обприскування рослин помідорів у фазу цвітіння викликає утворення безнасінних плодів з підвищеним вмістом цукрів;

- запобігання опадання плодів. Внесений ауксинів викликає додаткове надходження

поживних речовин до плодів, а також запобігає утворенню відокремлювального шару у плодоніжках;

- у високих концентраціях 2,4 Д може застосовуватися як гербіцид селективної дії.

За допомогою цитокінінів можливо:

- регулювати ріст і органогенез в культурі ізольованих клітин, органів;

- знімати апікальне домінування чим викликається ріст бічних пагонів;

- затримувати процеси старіння;

- підвищувати стійкість рослин до несприятливих умов довкілля.

Під впливом гіберелінів можливо:

- підвищити врожай зеленої маси за рахунок посиленого росту стебла рослин;

- переривати спокій бульб картоплі, насіння деяких видів рослин;

- забезпечити синхронне проростання насіння ячменю для одержання високоякісного складу в пивоварінні;

- підвищувати продуктивність і якість винограду за рахунок формування щільних безнасінневих грон.

Досить перспективним є застосування АБК з метою зменшення інтенсивності транспірації та підвищення стійкості рослин до посухи.

В практиці етилен широко застосовують для прискорення дозрівання багатьох плодів.

В даний час синтезовано багато речовин, які також здатні регулювати процеси росту рослин через те, що вони за своєю структурою подібні до фітогормонів. До них відносяться наприклад, індолілмасляна, індолілпіровиноградна, нафтилоцтова кислоти – аналоги ауксинів та інші сполуки