Обмакивание в порошок, содержащий ауксин в смеси с фунгицидом и тальком, кратковременная обработка конца черенка спиртовым раствором препарата и длительное замачивание в водном растворе (12-24 часа).
К аналогам ауксинов относятся фенилпроизводные: 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4- Д); 4-хлорфеноксиуксусная кислота (4-Х); 2,4,5 - трихлорфеноксиуксусная кислота (2,4,5-Т). Эти вещества обладают высокой активностью, вызывают каллусогенез в культуре in vitro, а в растениеводстве применяются как гербициды.
К антиауксинам может быть отнесена 2,3,5-трийодбензойная кислота (ТИБК), снимающая эффект апикального доминирования и обеспечивающая увеличение числа продуктивных побегов.
К числу синтетических цитокининов относятся кинетин, 6-бензилами-нопурин. Основное их назначение - использование в культуре in vitro для активизации деления клеток и процесса регенерации, а также снятия эффекта апикального доминирования и увеличения коэффициента размножения при клональном микроразмножении растений [15].
Гиббереллины получают путем микробиологического синтеза из патогенного гриба Gibberella fujicuroi. Они аналогичны гиббереллинам растений. В биотехнологии чаще используют гибберелловую кислоту ГА3 для удлинения стебля микрорастений при клональном микроразмножении. В растениеводстве часто применяют гибберсиб (натриевые соли гиббереллиновых кислот) для повышения урожая и качества продукции у картофеля, гороха, фасоли, люцерны, лука репчатого, капусты, огурцов и томатов. У томатов гибберсиб стимулирует образование завязей.
Среди брассиностероидов наибольшее практическое распространение получил синтезированный эпибрассинолид (препарата «Эпин»), рекомендованный на ряде полевых, овощных и декоративных растений.
Среди производных этилена практическое применение нашла 2- хлорэтилфосфоновая кислота (2-ХЭФК, этефон), способная распадаться с выделением этилена. Такжена основе этефона рекомендован серон, применяемый как ретардант для предотвращения полегания и повышения урожая озимой пшеницы и ярового ячменя [16].
2.2 Ингибиторы роста растений
Природные ингибиторы роста растений
Абсцизовая кислота (от англ. abscission - отделение, опадение), гормон растений, регулирующий процессы увядания, опадения листьев, покоя. Тормозит рост растений [17]. По химической природе изопреноид-сесквитерпеноид с 15 атомами углерода, соединенными в изопреновые С5-звенья. Его химическая структура приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Структура молекулы абсцизовой кислоты
Абсцизовая кислота затормаживает ростовые и метаболические процессы, подавляет устьичную транспирацию в условиях засухи, способствует формированию и покою семян, клубней и корнеплодов, а также облегчает опадение цветков и плодов многих растений. Её биосинтез происходит путём специфического расщепления каротиноидов типа виолаксантина. В природе она может образовывать конъюгаты, в первую очередь с углеводами, что ведет к инактивации этого фитогормона.
Абсцизовая кислота особенно значима для поддержания водного баланса в условиях засухи. Недостаток влаги ведёт к резкой активации синтеза этого фитогормона и его выходу из мест депонирования во внутри- и внеклеточное пространство.
На биохимическом уровне различают быстрые и медленные эффекты этого фитогормона. Быстрые эффекты происходят за считанные минуты на уровне плазматической мембраны (устьичных клеток) и связаны асимметричным транспортом ионов калия, кальция и анионов через мембрану, в результате чего замедляется поступление воды в устьичные клетки и их тургор падает. Медленные же эффекты связаны с изменением активности (активацией или репрессией) определенного набора компетентных генов, характерного для данной ткани. Её открытие стимулировало работы по созданию новых форм устойчивых к засухе растений, а также синтезу эффективных химических регуляторов транспирации растений [17].
Этилен - ненасыщенный углеводород (СН2=СН2) продукт жизнедеятельности растительных тканей, активно подавляющий ряд метаболических и формообразовательных процессов, активируемых ауксинами [18].
В 1901 г. Д.Н. Нелюбов при выращивании гороха обнаружил, что в лаборатории Санкт-Петербурга проростки были укороченные, искривлялись, верхушка была согнута в апикальную петельку. В теплице и на свежем воздухе проростки были ровные, рослые, апикальная петелька на свету распрямлялась. Он предположил, что фактор, вызывающий такой эффект, находится в воздухе лаборатории.
В те годы помещения и улицы освещали газом. Было замечено, что при аварии в газопроводе ближайшие деревья преждевременно желтели и сбрасывали листья. Исследуя состав светильного газа и действие компонентов на растения, автор установил, что находящийся в газе этилен вызывает: 1) замедление роста в длину и утолщение проростка; 2) «не 45 разгибающуюся» апикальную петельку; 3) изменение ориентации проростка в пространстве.
Наблюдаемая физиологическая реакция была названа тройным ответом на этилен. Оказалось, что растения «чувствуют» этилен уже в концентрации >0,0001 %. Этилен вызывает листопад, созревание плодов и другие ответы. Этилен при этом синтезируется в растениях, т.е. является гормоном. Синтез этилена в растениях начинается с метионина, который, взаимодействуя с АТФ, образует S-аденозилметионин.
Этилен угнетает рост побегов в длину, способствует опадению листьев, ингибирует рост главного корня. Если ауксинов в растении слишком много, то начинается синтез этилена - фитогормона-ингибитора. Если обрабатывать растение естественными ауксинами (ИУК, ИПВК и др.), то оно быстро утилизирует их, окисляя или «отправляя в запас» избыток ауксинов. Синтез этилена в наибольшем количестве наблюдается там, где высока концентрация ИУК. Кроме того, большое количество как абсцизовой кислоты (АБК), так и этилена накапливается в любых органах, находящихся в состоянии стресса. Поэтому эти фитогормоны часто называют стрессовыми [18].
При нападении насекомых и клещей выделяется этилен, в основании листа активизируется перидерма, происходит локальный «листопад»: поврежденный лист опадает на землю вместе с вредителем. Шансы вновь добраться до кроны у вредителей уменьшаются. При регуляции ряда физиологических процессов он действует совместно с абсцизовой кислотой. Синтетические этилен или этиленпродуценты применяется для ускорения послеуборочного созревания плодов (бананов, томатов и других). Используются также 2-хлорэтил-фосфоновая кислота, высвобождающая этилен в растительных тканях, и многочисленные препараты, созданные на её основе. При их применении синхронизируется цветение ананасов, ускоряется созревание плодов на растениях и после уборки, подавляется рост стебля, увеличивается число боковых побегов у целого ряда зерновых, бобовых и овощных культур.
При нарушении биосинтеза этилена плоды не дозревают. На основе мутантов по биосинтезу этилена уже получены сорта томатов, которые очень долго хранятся и выдерживают дальние перевозки. Перед продажей для ускорения созревания плодов обрабатывают этиленом, однако эта технология снижает их вкусовые качества. В качестве продуцентов этилена применяют регуляторы на основе 2-хлорэтилфосфоновой кислоты - препарат этефон и его бискислые (дважды кислые) соли с гидразином (препарат гидрел) и диметилгидразином (дигидрел), синхронизирующие созревание плодов, а также зарубежные препараты этрел, кампозан, флордимекс, томатрел, церон, флорел, этрел-С и др. [18].
Фенольные ингибиторы роста растений - относятся к природным ингибиторам. Среди них известны: кумарин; кофейная, хлорогеновая, коричная, ферулоновая, салициловая и n-оксибензойная кислоты; скополетин, нарингенин (всего около 2000). Они являются производными шикимовой кислоты, а затем фенилаланина и тирозина, далее коричной и паракумариновой кислот. Эти фенолы снижают активность фитогормонов, а также непосредственно подавляют рост растений, тормозя его через обмен веществ, оказывая неспецифическое действие на обмен веществ. В тоже время ферулоновая кислота активирует ИУК-оксидазу. Из них наиболее распространена салициловая кислота (от лат. названия ивы - Salix L., из коры которой она была впервые выделена) - 2-гидроксибензойная или фенольная кислота, С6Н4(ОН)СООН [19]. Ее химическая структура приведена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Структура молекулы салициловой кислоты
Салициловая кислота - это фитогормон, вызывающий повышение температуры в отдельных органах термогенных растений (в частности лилии вуду). Это происходит по причине разрыва транспорта электронов в митохондриальной дыхательной цепи. Активно изучается роль салициловой кислоты в развитии не специфической реакции на стрессогенные факторы и накопление в клетках активных форм кислорода.
Фенольные ингибиторы обеспечивают покой семян, почек, клубней, луковиц (при этом их концентрация возрастает). Они также участвуют в транспорте электронов, биосинтезе лигнина. Механизм тормозящего действия синтетических ингибиторов на растения недостаточно изучен. Установлено, что большинство из них задерживает рост путём разобщения процессов фосфорилирования и дыхания, подавления синтеза нуклеиновых кислот [19].
Морфактины - соединения, вызывающие аномалии в точке роста и появление уродливых органов у растений. К ним примыкают вещества, специфически задерживающие передвижение ИУК и её производных по растению. Синтетические ингибиторы, в отличие от природных, способны более резко подавлять ростовые процессы, длительный период не поддаются инактивации растительными тканями, характер их действия часто связан не только с ростом, но и с нарушением морфогенетических процессов.
Брассиностероиды. В 1979 г. М.Д. Гроув с соавторами обнаружили, что масляный экстракт из пыльцы рапса стимулировал рост проростков в длину. Из 10 кг пыльцы удалось выделить всего 4 мг действующего вещества. Это оказалось стероидное соединение. Вещество было названо брассинолидом, а все похожие на него вещества с физиологической активностью называют брассиностероидами. Вскоре из чая (Thea) был выделен теастерон, из настоящего каштана (Castanea sativa) - кастастерон, из рогоза (Typha) - тифастерол, из катарантуса (Catharanthus) - катастерон и т.д. В настоящее время известно более 60 брассиностероидов [20].
Биосинтез брассиностероидов включает общие для других терпеновых соединений стадии: изопентенилпирофосфат, геранилпирофосфат, фарнезил-пирофосфат, сквален. Первым специфическим продуктом, из которого синтезируются остальные брассиностероиды, является 24-метиленхолестерол, превращающийся в кампестерин и кампестанол. От кампестанола расходятся две параллельные ветви биосинтеза, часто одновременно сосуществующие в растениях: с ранним и с поздним окислением в С-6-положении. В итоге обе ветви биосинтеза заканчиваются брассинолидом - физиологически активным брассиностероидом.
Брассиностероиды действуют на проростки, усиливая растяжение. При недостаточном синтезе брассиностероидов наблюдается частичная и полная мужская стерильность. Действие брассиностероидов и ауксинов на корневую систему противоположно: ауксины стимулируют ризогенез, а брассиностероиды ингибируют образование корней.
В больших дозах брассиностероиды сдерживают рост и повышают устойчивость к неблагоприятным внешним факторам: перегреву, засухе, заморозкам, инфекции. Препарат «Эпин» (сельскохозяйственный эпибрассинолид) помогает вырастить более крепкие и здоровые растения [20].
Жасминовая кислота. Впервые жасминовая кислота (жасмонат) была выделена в 1962 г. из эфирного масла жасмина крупноцветкового, где она присутствует в виде летучего эфира метилжасмоната. Жасмонат и метилжасмонат ингибировали рост проростков, образование каллуса, прорастание пыльцевых трубок, способствовали закрытию устьиц, стимулировали образование клубней и луковиц, влияли на цитоскелет, переориентируя его [21].
Синтез жасминовой кислоты начинается с гидролиза фосфолипидов фосфолипазой А. Жасмонаты участвуют в двух различных регуляторных процессах: 1) сдерживают вегетативный рост и способствуют переходу в состояние покоя; 2) усиливают иммунный ответ. Во многих тестах АБК и жасмонаты вели себя как синергисты. Так, при воздействии жасмонатами до суток подавляется синтез РБФК и разрушается хлорофилл. Если в растениях ингибировать работу липоксигеназы, жасминовая кислота не образуется и теряется иммунитет к фитопатогенам. В иммунном ответе жасминовая кислота вызывает синтез экстенсинов (происходит упрочнение клеточной стенки и замедление роста, что неблагоприятно для патогенов), синтез белков тионинов (небольшие богатые цистеином белки, связывающиеся с мембранными структурами патогена с токсическим эффектом), синтез фитоалексинов (индуцибельных защитных соединений), салициловой кислоты и короткого пептида системина [21].
2.2.2 Синтетические ингибиторы роста растений
Гербициды (от лат. herba - трава и caedo - убиваю) - это химические вещества, применяемые для уничтожения растительности. Они относятся к веществам, обладающим резко ингибирующим действием, что и ведёт к уничтожению сорной растительности [22].
Гербициды бывают органические и неорганические, последние используют для сплошного уничтожения растений.
Основой использования гербицидов является принцип избирательности их токсического действия. Важна видовая реакция сорняков и культурных растений на гербициды.