Синтетические регуляторы роста и развития растений в биотехнологии и растениеводстве

Покой и прорастание. Состояние покоя наблюдается у семян, почек или отдельных органов растения, во время которого у них прекращается видимый рост, но происходят скрытые процессы структурообразования. Различают глубокий покой, вызванный внутренними причинами , и вынужденный, обусловленный неблагоприятными факторами внешней среды. Способность организма или его органов переходить в состояние покоя сформировалась в процессе эволюции как способ перенесения неблагоприятных средовых условий (пониженной или повышенной температуры, недостатка влаги и др.). Покой семян может быть связан с несколькими причинами: недоразвитие зародыша, его физиологическая незрелость, механическая устойчивость семян кожуры, непроницаемость семенных покровов, присутствие ингибиторов прорастания (АБК, жасминовая кислота и др.).

Эндогенная стимуляция прорастания семян и покоящихся органов связана с действием гиббереллинов, цитокининов, брассиностероидов. В списке разрешенных препаратов для повышения энергии прорастания рекомендованы бетастимулин для сахарной свеклы, ивин - на моркови, капусте, томатах, перцах, баклажанах, огурцах; мальтамин - на картофеле; оксидат торфа - на озимой ржи, тритикале, ячмене и картофеле; феномелан - на картофеле; хитодекстрин - на озимой ржи и пшенице, огурцах, томатах и моркови; эмистим С- на пшенице озимой , ячмене яровом , огурцах, томатах, перцах, луке; эпин- на капусте, томатах, огурцах и перце. Ряд регуляторов оказывает комплексное действие на растение, стимулируя прорастание семян, устойчивость к болезням, повышение урожайности и качества.

Возможна и регуляция перехода растения или органа в состояние покоя, что важно перед закладкой плодов и семян на хранение.

Регуляция роста стебля. Рост стебля стимулируется содержанием эндогенных гиббереллинов и ингибируется этиленом и абсцизовой кислотой. Характер роста стебля, ветвление побегов связаны с балансом ауксинов, вызывающих эффект апикального доминирования и цитокининов, снимающих этот эффект. Ряд природных и синтетических регуляторов роста оказывают стимулирующий эффект на рост стебля, однако необходимость в специальной регуляции этого процесса возникает при вероятности избыточного роста и полегания побегов.

При интенсивных технологиях возделывания зерновых культур, основанных на высоких дозах удобрений, во влажные годы может наблюдаться полегание, снижающее урожай на 15-30 %. Кроме того , затрудняется уборка и снижается качество продукции. В таких условиях для получения высокого и качественного урожая обязательным приемом является применение ретартантов, повышающее урожай на 3-10 ц/га (Протасов, Саскевич, Миренков, 1999). Особенно отзывчивы на применение ретардантов пшеница и рожь.

В списке ретандантов, разрешенных к применению в республике, имеются следующие препараты: хлормекватхлорид (назв. антивылегач) для яровой и озимой пшеницы, этефон (назв. серон) для озимой пшеницы и ярового ячменя; хлормекватхлорид 460 БАСФ для озимой пшеницы, озимой ржи, тритикале и ярового ячменя; терпал для ярового ячменя.

Регуляция минерального питания и транспорта веществ. Транспорт веществ в растении определяется уровнем эндогенных ауксинов, гиббереллинов и цитокининов, фитогормоны обладают способностью к аттракции, то есть притягиванию ассимилятов и других метаболитов со стороны потребляющих тканей и органов. Кроме того, фитогормоны регулируют проницаемость мембран.

Регуляторы роста растений могут усиливать поступление элементов питания в корневую систему и при их применении могут быть снижены дозы минеральных удобрений. Установлено, что более сильное действие регуляторов роста проявляется при средних дозах удобрений. Это дает возможность без ущерба для урожая снижать дозы минеральных удобрений на 25 %, что важно при создании энергосберегающих и природоохранных технологий в растениеводстве (И.Р Вильдфлуш и др, 2002)

Регуляция роста и развития генеративных органов

Как известно, эндогенная регуляция роста и развития генеративных органов происходит под действием брассиностероидов, гиббереллинов и цитокининов, а в переходе семян и плодов в состояние покоя участвуют абсцизовая кислота и этилен. Для регулирования процесса опыления и оплодотворения в семеноводстве гетерозисных гибридов (пшеница и др.) могут быть использованы гаметоциды (препараты, вызывающие мужскую стерильность). Для этих целей используют этефон, гибберелловую кислоту, ТИБК. Для повышения завязываемости плодов в период цветения винограда, томата возможно использование гиббереллина и его соединений (гибберсиб). В этом случае часто образуются бессемянные плоды. У плодовых культур в отдельные годы наблюдается избыточное завязывание плодов, что приводит к уменьшению их размера, ухудшению качества, перегрузке дерева и усилению периодичности плодоношения. Для регуляции опадания плодов яблони во время или после цветения может использоваться этефон, КАНУ (калиевая соль нафтилуксусной кислоты).

Среди разрешенных к применению препаратов способностью к регуляции развития генеративных органов обладают следующие препараты : квартазин повышает семенную продуктивность кормового люпина и стимулирует образование плодовых почек яблони; люцис повышает семенную продуктивность люцерны; эпин увеличивает количество завязей, предотвращает их опадение, ускоряет созревание плодов у томатов.

Регуляция устойчивости растения к абиотическим и биотическим стрессам

Устойчивость растения к абиотическим и биотическим стрессам определяется физиологическим состоянием организма , в т.ч. его гормональным статусом. Известно, что стрессоустойчивость растения повышается под действием брассиностероидов, цитокининов и абсцизовой кислоты. Стрессовое воздействие вызывает неспецифическое изменение в метаболизме растений (Удовенко, 1995), при этом гормональный статус изменяется в сторону усиления ингибиторной и ослабления стимуляторной активности.

На клеточном и органном уровнях растение реагирует на стресс физиологическими реакциями (предотвращение потери воды путем закрывания устьиц, выработкой защитных веществ: стрессовые белки, углеводы, пролин, фитонциды, фитоалексины); на организменном уровне добавляются: а) механизмы, способствующие формированию такого количества плодоэлементов, которые вызревают при неблагоприятных условиях, в) перестройка гормональной системы, ведущая к торможению роста и переходу растения в состояние покоя (Полевой, 1989). При стрессах резко возрастает выработка этилена и АБК и снижается содержание ауксинов, цитокининов и гиббереллинов.

Повысить устойчивость растения к стрессу можно, изменив гормональный статус растения в результате воздействия экзогенными регуляторами роста. Среди разрешенных препаратов такой способностью обладает ряд соединений: гидрогумат повышает устойчивость к болезням зерновых культур, картофеля, гороха и бобов; гисинар и инкор повышают засухоустойчивость зерновых; оксигумат повышает устойчивость зерновых, картофеля, огурцов, томатов к болезням; иммуноцитофит повышает иммунитет у озимой пшеницы и ярового ячменя, хитодекстрин - у ярового ячменя. Эпин повышает устойчивость к болезням и абиотическим стрессам у картофеля, ячменя, устойчивость к болезням у декоративных растений (гладиолус, тюльпан).

Регуляция качества продукции

Фиторегуляторы изменяют метаболизм растений, что в конечном итоге сказывается на накоплении биологически полезных веществ (углеводы, белки, жиры и др), а также поллютантов, загрязняющих агроландшафт и продукцию ( радионуклиды, тяжелые металлы, нитраты, пестициды и др.).

Повышение качества продукции обеспечивается рядом разрешенных препаратов (агростимулин, бетастимулин, квартазин, мальтамин, сейбит, феномелан, эмистим, эпин). Среди них особый интерес представляет эпин, снижающий содержание радионуклидов и тяжелых металлов у овощных растений.

Таким образом, регуляция гормонального статуса в онтогенезе путем использования экзогенных регуляторов роста является эффективным средством повышения продуктивности и устойчивости сельскохозяйственных растений, а также качества продукции.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Дайте определение фитогормонам и регуляторам роста растений

Опишите особенности метаболизма, транспорта и физиологическое действие фитогормонов (ауксины, гибберелины, цитокинины, брассиностероиды, абсцизовая кислота, этилен, жасминовая и салициловая кислоты, фузикокцин).

Опишите молекулярный механизм действия фитогормонов.

Как зависит характер действия гормона от его концентрации?

Дайте примеры синергизма и антагонизма фитогормонов.Какую роль выполняет взаимодействие фитогормонов в регуляции процессов роста и развития?

Что такое гормональный статус растения?

Как гормональный статус изменяется в онтогенезе?

Какие природные регуляторы роста Вы знаете?

Назовите основные синтетические регуляторы роста, входящие в список разрешенных препаратов для применения в Беларуси.

Назовите основные направления использования регуляторов роста в растениеводстве.

Какова роль фитогормонов в оптимизации процессов морфогенеза в культуре in vitro?

Размещено на Allbest.ru