Ауксини — растителни хормони: функции, видове и роля в растежа

Научете всичко за ауксини — растителни хормони: функции, видове и влияние върху растежа, синтетични приложения и практическо значение за земеделие и биология.

Ауксините са клас растителни хормони (или вещества за растеж на растенията) с някои морфогенни характеристики. Ауксините имат основна роля в координацията на много процеси на растеж и поведение в жизнения цикъл на растенията и са от съществено значение за развитието на растителното тяло. Те действат в зависимост от концентрацията и пространственото разпределение в тъканите: ниски или локални нива често стимулират делене и удължаване на клетките, докато много високи концентрации могат да инхибират растежа или да предизвикат неконтролирано физиологично увреждане.

Кратка история и откриване

Ролята на ауксините в растежа на растенията беше описана за първи път от холандския учен Фритс Уент. Кенет В. Тиман изолира ауксин и установява, че една от основните му естествени форми е индол-3-оцетна киселина (IAA). През 1937 г. Уент и Тиман са съавтори на книгата за растителните хормони "Фитохормони", която систематизира познанията за хормоналната регулация на растежа.

Основни видове ауксини

• Естествени: най-често срещаната е индол-3-оцетна киселина (IAA). Други естествени форми са индол-3-бутирична киселина (IBA) и пенилацетатни производни.
• Синтетични: включват 2,4-D, 2,4,5-T, NAA (нафталенацетна киселина) и други, които имат различна активност и приложение. В големи дози някои синтетични ауксини се използват като хербициди.
• Агент Ориндж е известен исторически пример — представлява смес от синтетични ауксини (2,4-D и 2,4,5-T), използвана като дефолиант; нейното приложение е свързано с екологични и здравни проблеми, особено заради замърсяването с диоксини при производството на 2,4,5-T.

Биосинтез и метаболизъм

IAA се синтезира главно в върховите растежни точки (апикални меристеми), развиващи се листа и плодове от аминокиселината триптофан, чрез няколко метаболитни пътеки. Растенията могат да конвертират и други индолови производни в активни или неактивни форми; синтезът, конюгацията и разграждането регулират локалните нива на ауксина и неговата активност.

Транспорт и поляритет

Ауксинът се придвижва в растенията чрез полярен транспорт, ориентиран по определена посока (обикновено от върха към корена). Този процес се осъществява чрез специфични мембранни носители: PIN протеини (изнасят ауксина) и AUX1/LAX семейство (внасят ауксина). Разпределението и ориентацията на PIN протеините в клетъчните мембрани определят потока на ауксина и създават градиенти, които контролират моделирането на тъканите и органите.

Механизъм на молекулярно действие

Механизмът на действие на ауксин включва рецепторите от семейството TIR1/AFB, които са част от SCF-убикивитин-лигазен комплекс. При свързване на ауксина се увеличава афинитетът на TIR1/AFB към репресорни протеини от семейството Aux/IAA, които след това биват убикивитинирани и деградирани от протеасомата. Свободните ARF (auxin response factors) транскрипционни фактори активират или репресират експресията на ауксин-зависими гени, водейки до промени в растежа и диференциацията.

Физиологични роли

• Удължаване на клетките: ауксинът стимулира удебеляване и отпускане на клетъчната стена чрез повишаване на експресията на ензими за модифициране на стената и насърчаване на водния поток в клетките.
• Фототропизъм: при осветяване ауксинът се преразпределя към сянката, което стимулира удължаване на клетките от тази страна и извиване към светлината.
• Гравитропизъм: в корените и стъблата ауксинът се преразпределя в отговор на гравитацията, което влияе различно в корените (инхибира растежа) и в стъблата (стимулира растежа).
• Апикална доминация: ауксин, произвеждан от върха на главния растежен връх, потиска разрастването на страничните пъпки; премахване на върха намалява ауксина и често позволява разклоняване.
• Инициация на корени и латерални корени: локално високите нива на ауксин стимулират образуването на коренови предшественици и резистенти при резници (използва се в хобистки и култивационни практики като вкореняващи прахове с IBA или NAA).
• Диференциация на васкуларни тъкани: ауксинът насочва образуването на проваскуларни клетки и създаването на проводящи пътища.
• Развитие на плодовете и партенокарпия: ауксинът може да стимулира развитие на плод без оплождане при приложена екзогенна доза.
• Взаимодействие с други хормони: ауксинът взаимодейства с цитокини, габ и етилен, което формира сложни регулаторни мрежи при стареене, абскесия и стресови отговори.

Приложения в земеделието и градинарството

• Ускоряване на вкореняването на резници (използване на IBA, NAA).
• Стимулиране на плододаване и предотвратяване на падане на цветове/плодове в някои култури.
• Приложение в култивиране и растителна биотехнология — контрол на диференциацията и растежа в култури от тъкани.
• Контрол на плевели чрез синтетични ауксини (високи дози) — ефект чрез прекомерна стимулация и дезорганизация на растежа.

Безопасност и екологични аспекти

Синтетичните ауксини, използвани като хербициди, могат да имат неблагоприятни ефекти върху околната среда и здравето при неправилна употреба. Примерът с Агент Ориндж подчертава риска от замърсяване с дълготрайни странични продукти (диоксини) при производството и употребата на някои съединения. Затова е важно да се спазват указанията за дозиране, приложения и предпазни мерки при работа със синтетични ауксини.

Заключение

Ауксините са ключови регулатори на растежа и развитието при растенията — от молекулярни механизми на сигнализация до видими фенотипни промени като извиване към светлина, растеж на корени и формиране на проводящи тъкани. Разбирането на тяхната биология и контролираното им използване в агрономията и градинарството дават възможности за подобряване на културите, но изискват внимание към екологичните и здравни рискове, свързани със синтетичните препарати.

Въпроси и отговори

В: Какво представляват ауксините?

В: Каква е ролята на ауксините в растежа на растенията?

В: Кой пръв е описал ролята на ауксините в растежа на растенията?

В: Кой изолира ауксин и установява, че химическата му структура е индол-3-оцетна киселина (IAA)?

В: Уент и Тиман са съавтори на книга за растителните хормони?

В: Има ли синтетични ауксини?

В: Могат ли синтетичните ауксини да се използват като хербициди?

Търсене по буква