¿Cuál es la fuente de vitalidad de las plantas?
En la segunda mitad del siglo XIX, Darwin, el fundador de la teoría británica de la evolución, y su hijo Francis Darwin realizaron un experimento. Cultivaron los coleoptiles de una planta llamada Tianjihuang bajo iluminación unilateral y descubrieron que los coleoptiles se curvaban en la dirección de la luz. Si se corta la parte superior del coleoptilo o se coloca una pequeña tapa opaca de papel de aluminio en la parte superior, el coleoptilo no se doblará hacia la luz si solo la parte superior del coleoptilo está iluminada por luz unilateral y la parte inferior del coleoptilo; no está iluminado, el coleoptilo La vaina aún se inclinará hacia la luz. Por ello, señalaron en el libro "La capacidad del movimiento de las plantas" publicado en 1880 que el coleoptilo se curva en la dirección de la luz porque las plántulas tienen algunos efectos bajo la luz unilateral, que se extenderán de la parte superior a la inferior, provocando la luz de fondo y la superficie brillante varían.
En 1928, el holandés F.W. Winter cortó la punta de un coleoptilo de avena con el mismo fototropismo y lo colocó sobre una placa de agar. Luego quitó la parte superior del coleoptil y cortó el agar en trozos pequeños. Luego colocó estos pequeños trozos de agar en el lado del coleoptil con la parte superior cortada y los puso juntos en un lugar oscuro. Los resultados experimentales mostraron que un bloque de agar colocado en la punta de la vaina hacía que el coleoptilo se doblara hacia el lado opuesto del agar, mientras que un bloque de agar puro no. Este experimento demuestra que los efectos promotores del crecimiento pueden transmitirse desde la punta de la vaina al agar y luego al coleoptilo decapitado. Winter cree que este efecto se debe a una sustancia química llamada auxina. Winter también creó el método de prueba de la avena para medir cuantitativamente el contenido de auxinas, lo que impulsó en gran medida la investigación sobre las hormonas vegetales.
En 1934, F. Kugor de Holanda aisló y purificó esta sustancia que puede estimular el crecimiento de las plantas a partir del aceite de maíz, Rhizopus y malta, e identificó su composición química, avanzando a gran escala en la investigación sobre las hormonas vegetales. dar un paso.
La auxina es una de las hormonas vegetales descubiertas por el ser humano. Está ampliamente distribuida en las plantas superiores y existe en las raíces, tallos, hojas, flores, frutos, semillas y coleoptilos de muchas plantas. El contenido de auxina en las plantas es muy pequeño, generalmente sólo de 10 a 100 ng por gramo de peso fresco, y se concentra principalmente en las partes de crecimiento vigoroso, con muy poco contenido en tejidos y órganos que tienden a envejecer. El transporte de auxinas en las plantas es polar y sólo puede transportarse desde el extremo superior de la planta (el extremo con las hojas largas) hasta el extremo inferior (el extremo con las raíces), y no al revés.
¿Qué efectos específicos tiene las auxinas sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas?
En primer lugar, las auxinas pueden favorecer el crecimiento de las plantas, de ahí también el nombre de auxina. Se ha descubierto que el contenido de auxinas en el ovario aumenta considerablemente después de la polinización. ¿Cuál es el papel del mayor contenido de hormona del crecimiento en los ovarios? La gente ha hecho un experimento tan pequeño: en las primeras etapas del desarrollo de la fruta, si se eliminan todas las semillas de la fruta, la fruta dejará de crecer o incluso se caerá si las semillas no se eliminan por completo y quedan algunas semillas; sólo los frutos alrededor de estas semillas continuarán expandiéndose. Este experimento muestra que las semillas de las plantas pueden producir auxina, que promueve el desarrollo del fruto.
En segundo lugar, la auxina tiene una propiedad extraña: cuanto más hay en una planta, más puede promover su crecimiento. Las investigaciones muestran que las bajas concentraciones de auxina en las plantas promueven el crecimiento de las plantas, mientras que las altas concentraciones inhiben el crecimiento de las plantas. Parte de la auxina producida por las yemas terminales de Platycladus orientalis o sauce se transfiere a las yemas laterales, manteniendo alta la concentración de auxinas en las yemas laterales, y las yemas laterales dejan de crecer cuando se mantiene la auxina en las yemas terminales; en un nivel apropiado, las yemas terminales crecerán primero. Este fenómeno es muy común en algunas plantas y se denomina "dominancia superior". Cuando los agricultores podan las plantas de algodón, necesitan pellizcar la parte superior y quitar el corazón, lo que alivia la presión de las auxinas en las yemas superiores y promueve el crecimiento de las yemas laterales para desarrollar más ramas frutales, producir más cápsulas de algodón y aumentar el rendimiento del algodón.
Además, las auxinas también tienen la capacidad de favorecer el enraizamiento de los esquejes. En jardinería, los esquejes son un método común de propagación de plantas. En la práctica, a menudo nos encontramos con algunas dificultades, por ejemplo, a las camelias y otras ramas les resulta difícil echar raíces después del corte, lo que da como resultado una tasa de supervivencia muy baja. ¿Cómo solucionar este problema? No se preocupe, si remoja los extremos inferiores de las ramas de camelia en una cierta concentración de solución de auxinas durante un período de tiempo y luego los corta en arena fina y suave, encontrará que las ramas de camelia que son difíciles de enraizar también lo harán. crecer nuevas raíces en la base después de unas semanas.
En 1926, el japonés Akira Kurosawa descubrió otra hormona vegetal, la giberelina, a partir de una investigación sobre la enfermedad bakanae del arroz. Los japoneses descubrieron que parte del arroz en los arrozales siempre estaba infectado con una enfermedad de crecimiento silvestre, lo que indicaba que la planta crecía extremadamente vigorosamente pero tenía una baja tasa de formación de semillas. Este tipo de arroz no solo consume mucho fertilizante y agua para su propio crecimiento, sino que también afecta la luz, la ventilación y la absorción de nutrientes del arroz circundante, por lo que se llama pudrición de las plántulas. Esta enfermedad que puede propagarse entre plantas se llama plántula. enfermedad de la podredumbre. Cuando Hideki Kurosawa estaba estudiando plantas que padecían la enfermedad bakanae, descubrió que todas estas plantas estaban infectadas con un patógeno llamado Gibberella, que secreta una sustancia que ingresa al arroz y hace que las plantas de arroz crezcan de manera salvaje, causando la enfermedad bakanae.
Debido a que esta hormona vegetal recién descubierta es secretada por Gibberella, se llama giberelina.
Las giberelinas se distribuyen ampliamente en varias plantas. El contenido de giberelinas en las plantas superiores es generalmente de 1 ng ~1000 ng por gramo de peso fresco de la planta. Las giberelinas se distribuyen principalmente en partes de crecimiento vigoroso y el contenido en frutos y semillas (especialmente semillas inmaduras) es cientos de veces mayor que el de raíces, tallos y hojas. El transporte de giberelinas en las plantas es no polar, lo que obviamente es diferente al de las auxinas.
¿Qué efecto tiene la giberelina en el crecimiento y desarrollo de las plantas? En primer lugar, puede promover significativamente el crecimiento de las plantas, pero no puede promover la fototaxis de las plantas. En segundo lugar, también puede evitar que las flores y los frutos se caigan y aumentar la tasa de cuajado y el rendimiento de los frutos. Las giberelinas también tienen otro efecto, que es que pueden inducir eficazmente la formación de ciertas enzimas en ciertas semillas de plantas. Este efecto se ha utilizado con éxito en la producción de cerveza. En el pasado, la producción de cerveza utilizaba malta de cebada como materia prima y la amilasa producida después de la germinación de la cebada se utilizaba para promover la sacarificación del almidón y la descomposición de las proteínas. Sin embargo, la germinación de la cebada consume muchos nutrientes y requiere más mano de obra y equipo, por lo que el ciclo de producción y el costo no son ideales. Debido a que las giberelinas pueden inducir la formación de α-amilasa en el germen de cebada, podemos formar amilasa en la cebada agregando giberelinas, completando así la sacarificación sin la necesidad de germinación de las semillas. Esto no sólo puede ahorrar una gran cantidad de alimentos, reducir costes y acortar el ciclo de producción, sino que tampoco tiene ningún impacto negativo en la calidad de la cerveza. Además, las giberelinas tienen la capacidad de romper la latencia de las plantas.
En 1955, por casualidad, F. Skoog y otros descubrieron una sustancia que puede promover la división celular. Esta sustancia recibió el nombre de cinetina. Después del descubrimiento de la cinetina, los científicos han descubierto una variedad de sustancias con la actividad fisiológica de la cinetina, tanto naturales como sintéticas. Más tarde, la gente llamó a esta sustancia citoquinina.
Las citoquininas se encuentran ampliamente en bacterias, hongos, algas y plantas superiores. En las plantas superiores, las citoquininas existen principalmente en los sitios de división celular, como las puntas del tallo, las puntas de las raíces, las semillas inmaduras, las semillas en germinación, etc. En términos generales, el contenido de citoquinina es de 1 ng ~1000 ng por gramo de peso fresco de la sustancia, y su transporte en las plantas también es apolar.
Las citoquininas tienen diversas funciones y se las conoce como “todo terreno”. Puede causar partenocarpia en las plantas y estimular el crecimiento de los frutos; puede trabajar en estrecha colaboración con las auxinas para controlar si el tejido vegetal cultivado echará raíces o se convertirá en plántulas; también puede prevenir el envejecimiento de las plantas y extender el tiempo de almacenamiento de las verduras (como el apio y el repollo); ; también puede Prevenir la caída fisiológica de los frutos de los árboles frutales y aumentar el rendimiento de los árboles frutales... Debido al precio relativamente alto de la citoquinina, no se ha utilizado ampliamente en la producción.
En 1964, el científico estadounidense F.T. Edcott y otros extrajeron una hormona que puede promover la abscisión de las cápsulas de algodón inmaduras y la llamaron Abscisión II. De manera similar, el británico Wen Rui y otros también extrajeron de las hojas de arce una hormona que; promueve la latencia de las yemas y se denominó hipnoína. Más tarde, los científicos demostraron que la exfoliina II y la dormantina eran en realidad la misma sustancia, que en 1967 recibió el nombre de ácido abscísico.
El ácido abscísico se encuentra en angiospermas, gimnospermas y helechos. El contenido de ácido abscísico es generalmente de 10 ng ~ 50 ng/g de peso fresco, lo cual es muy pequeño, y su transporte en las plantas también es no polar.
El ácido abscísico es el inhibidor del crecimiento más importante de las plantas y puede favorecer la caída de hojas, flores y frutos. Si se aplica ácido abscísico al pecíolo de una hoja, la hoja se caerá, al igual que las hojas adyacentes no tratadas, lo que a veces provocará la caída de toda la planta. Además, el ácido abscísico puede promover la latencia de muchas plantas y semillas leñosas perennes y desempeña un papel muy importante en la mejora de la adaptabilidad de las plantas a condiciones ambientales adversas como bajas temperaturas, altas temperaturas, sequía, anegamiento y salinidad.
El ácido abscísico puede controlar eficazmente el crecimiento de las plantas, mejorar la resistencia al estrés y promover la latencia. Es un problema importante que debe resolverse urgentemente en la agricultura. Sin embargo, el ácido abscísico es caro y rara vez se utiliza en la producción a gran escala.
El etileno, como regulador del crecimiento, fue descrito por primera vez por un fisiólogo vegetal ruso en 1901. El británico Ghosn demostró por primera vez que el etileno es un producto natural de las plantas en 1934; el estadounidense Crook y otros creyeron que el etileno es una hormona de maduración de la fruta. En 1965, Bogo señaló que el etileno era una hormona vegetal, lo que luego fue reconocido.
El etileno es un gas que pueden producir todos los órganos de las plantas superiores. El etileno tiene una amplia gama de funciones fisiológicas, una de las cuales es promover la maduración de la fruta. Como todos sabemos, los plátanos verdes y duros no sólo son desagradables, sino también muy astringentes y no se pueden comer en absoluto. Pero ponga algunas manzanas o peras maduras en una caja de plátanos verdes y cierre la tapa. En poco tiempo, toda la caja de plátanos verdes se convertirá en deliciosos plátanos maduros. ¿Por qué es esto? Esto se debe a que las manzanas maduras liberan etileno, que favorece la maduración de los plátanos. Los chinos saben desde hace mucho tiempo que utilizan el humo para favorecer la maduración de las peras, también debido a la presencia de etileno en el humo.
Además de acelerar la maduración, el etileno también puede promover la caída de hojas y frutos, aliviar la latencia e inducir la formación de flores femeninas en algunas plantas. Dado que el etileno es un gas y su producción y aplicación son muy incómodas, la gente pasó a utilizar un compuesto líquido, etefón. El etefón tiene la característica de que cuando el valor de pH es superior a 4,1, se descompondrá para producir etileno. Por supuesto, el pH en las plantas es generalmente superior a 4,1. Entonces, después de que el etefón ingresa a la célula, libera gas etileno y desempeña su función.
Por lo tanto, el etefón también se denomina "etileno líquido". Hoy en día, el etefón se ha utilizado ampliamente en la producción agrícola, como en la maduración de tomates, plátanos, manzanas, uvas, cítricos y otras frutas, en la secreción de látex de los árboles del caucho y en el hilado y formación de cápsulas del algodón. , todos estos son inseparables del etefón.
Hasta ahora, el ser humano ha descubierto cinco hormonas vegetales, cada una de las cuales tiene sus propios efectos fisiológicos específicos. A lo largo de la ontogenia de la planta, varias hormonas trabajan juntas para mantener el progreso normal de diversas actividades vitales en la planta. El estudio de su mecanismo de acción, funciones fisiológicas y la relación entre ellas tiene una importancia práctica importante en la producción agrícola. El mejor ejemplo de ello es el desarrollo y utilización de herbicidas, inhibidores y retardadores del crecimiento. Por ejemplo, el 2,4-D se utiliza en los campos de cultivos de pasto y puede matar las malezas dicotiledóneas. Es una sustancia auxina sintética, comúnmente conocida como clormequat, que se usa a menudo en la producción agrícola y es un agente antigiberelina. Reduzca la altura de la planta, compacte el tipo de planta y evite el crecimiento excesivo.
Actualmente los humanos aún no comprendemos del todo estas cinco hormonas vegetales. Por ejemplo, los científicos aún no tienen muy clara la vía biosintética del ácido abscísico y los mecanismos de acción de muchas hormonas aún se encuentran en la etapa de especulación y exploración. Creemos que a medida que las personas comprendan mejor las hormonas vegetales, las desarrollarán y utilizarán mejor, de modo que estos reguladores del crecimiento de las plantas puedan beneficiar más a la humanidad.