تنظیم کننده های رشد و هورمون هاي گياهي
تنظيم كننده هاي رشد و هورمون هاي گياهي
از نظر تعريف، هورمونها، تركيبات آلي هستند كه به صورت طبيعي در گياهان عالي ساخته مي شوند و روي رشد و نمو اثر مي گذارند. هورمون ها معمولا در نقاط مختلف گياه، فعال هستند . علاوه بر اين تركيبات طبيعي، تركيبات مصنوعي نيز ساخته شده اند كه با انواع طبيعي، مطابقت دارند . مجموع هورمونها و تركيبات مصنوعي توليد شده، تنظيم كننده هاي رشد، ناميده مي شوند . اساساً هورمونها مسئول توزيع تركيباتي هستند كه گياه بيوسنتز مي كند . اين مواد، رشد نسبي همة اندام ها را در گياه، تعيين مي كنند.
در كشت in vitro گياهان عالي، تنظيم كننده هاي رشد، مخصوصا اكسين ها و سيتوكينين ها، خيلي بارز هستند. در واقع، مي توان گفت كه غالب كشت in vitro بدون وجود تنظيم كننده هاي رشد، غيرممكن است. تصميم در مورد افزودن هورمون اكسين و يا سيتوكينين به محيط كشت جهت رشد و يا تقسيم سلولي، بستگي به نوع قلمه و گونه هاي گياهي دارد. به عنوان مثال، قلمه هايي كه خودشان اكسين كافي توليد مي كنند، به اكسين اضافي براي رشد و يا تقسيم سلولي نياز ندارند. همچنين در مورد قلمه هايي كه سيتوكينين كافي دارند، به سيتوكينين اضافي براي افزودن به محيط كشت، نيازي نيست. با توجه به رشد سلول ها، بافتها، اندامها و غيره، تقسيم بندي هاي زير را مي توان انجام داد:
-1 كشت هايي كه به اكسين و يا سيتوكينين، نياز ندارند.
-2 كشت هايي كه فقط به اكسين نياز دارند.
-3 كشت هايي كه فقط به سيتوكينين، نيازدارند.
-4 كشت هايي كه هم به اكسين و هم به سيتوكينين نياز دارند.
ماده اي از نظر فيزيولوژيكي تنظيم كننده رشد محسوب مي شود كه حداقل داراي سه ويژگي زير باشد:
-1 محل ساخته شدن و محل اثر آن در گياه مشخص باشد .
-2 اثرات فيزيولوژيكي و مورفولوژيكي ماده با غلظت هاي كم آن در گياه ظاهر گردد.
-3 واكنش هايي كه تحت تاثير ماده ايجاد مي شوند غيرقابل برگشت باشند .
هورمونها
تركيبات آلي هستند كه براي رشد و نمو گياه لازم اند و با غلظت بسياركم اثرات عمومي يا اختصاصي خود را ظاهر مي كنند. هورمون هاي جانوري بيشتر در جايگاه ويژه اي به وجود مي آيند و عمل اختصاصي دارند ولي هورمون هاي گياهي هم در محل ساخت و تمركز، هم روي اندامهاي ديگر مؤثر بوده و اغلب عمل اختصاصي ندارند . با وجود اين بين هورمون هاي گياهي و جانوري مرز چندان مشخصي وجود ندارد. هورمونهاي گياهي از راههاي مختلف وارد عمل مي شوند. بعضي از آنها با تاثير بر روي سيستم غشايي و هموار كردن راه ورود محلولها عمل خود را ظاهر مي كنند و عده اي ديگر امكانات لازم را يا براي جلوگيري و يا براي تاثيرگذاري آنزيم ها فراهم مي كنند . آزمايشهاي مختلف نشان داده كه پديده هاي رشد و نمو در گياه تحت تاثير عوامل ژنتيكي، محيطي، هورمون ها، ويتامين ها، مواد غذايي و بر هم كنشهاي موجود بين آنها و غيره است .هورمونها ممكن است در برگهاي جوان و جوانه ها، ميوه هاي جوان و حتي در ريشه ساخته شوند بعضي از آنها مثلا اكسين در برگهاي جوان و جوانه ها ساخته شده و در مريستم هاي انتهايي ساقه و ريشه به مقدار فراوان تجمع مي يابند .هورمونهاي گياهي در چهار گروه اصلي به شرح زير تقسيم بندي مي شوند:
-1 اكسين ها و جيبرلين ها كه افزايش طول ياخته اي را تحريك مي كنند
-2 سيتوكينين ها كه در تقسيم ياخته اي دخالت دارند .
-3 اتيلن، هورمون گازي كه بر رشد متساوي القطر ساقه ها و ريشه ها تاثير دارد.
-4 بازدارنده هاي رشد كه بين آنها آبسيزيك اسيد نقش اصلي را ايفا مي كند.
بيوسنتز ماده تنظيم كننده
دو روش اساسي براي مشخص كردن محل خاص بيوسنتز تنظيم كننده هاي رشد به طور اختصاصي پذيرفته شده است .
روش اول : پيش ماده تنظيم كننده رشد گياهي به صورت نشان دار شده با مواد راديواكتيو به بافت گياهي داده مي شود و ظرفيت و توان تبديل آن به تنظيم كننده رشد گياهي در محلهاي مختلف بررسي مي شود.
روش دوم : مقادير مختلف تنظيم كننده رشد گياهي را در اندامها و بافتهاي خاصي در ارتباط با رشد كنترل مي كنند .
بيشترين دلايل مناسب بيوسنتز اكسين توسط ياخته هاي گياهي از بررسي هاي كشت بافت بدست آمده است .
مشاهده نشان داده كه بذرهاي نارس مي توانند جيبرلين را سنتز كنند .
گزارشهايي وجود دارد كه نقش پلاستيدها را در بيوسنتز جيبرلين ها نشان مي دهد .محل اصلي بيوسنتز سيتوكينين ها در گياهان عالي ريشه ها و مخصوصا راس ريشه است ساير محل هايي كه به عنوان محل بيوسنتز سيتوكينين مشخص شده است شامل بذرهاي در حال نمو جنين مي باشد .
محل بيوسنتز آبسيزيك اسيد در سراسر گياه پراكنده است در اثر تنش آبي مقادير آبسيزيك اسيد در برگ ها، ساقه ها، جوانه ها، ريشه ها و نوك ريشه هاي جدا شده افزايش مي يابد و همچنين آبسيزيك اسيد در ميوه ها و بذرها هم تجمع مي يابد .لايه هاي بشره اي قادر به بيوسنتز آبسيزيك اسيد نيستند . اين مشاهدات كه حدود نود درصد آبسيزيك اسيد موجود در برگ در كلروپلاست ياخته هاي مزوفيل قرار دارد منجر به ارائه اين نظريه شد كه آبسيزيك اسيد در كلروپلاست سنتز مي شود و صرف نظر از محل بيوسنتز آبسيزيك اسيد، اين ماده در كلروپلاست ها تجزيه مي گردد .محل هاي مشهور بيوسنتز اتيلن با كمك مواد شيميايي مانند آمينو اتوكسي وينيل گليسين كه بيوسنتز اتيلن را متوقف مي كند مشخص مي شود . و تمام ياخته هاي گياه توان بيوسنتز اتيلن را در برخي از مراحل چرخه زندگي دارند. در هر حال به علت عدم درك و شناسايي كامل آنزيم هاي وابسته در بيوسنتز تنظيم
كننده هاي رشد گياهي بسيار مشكل است كه بتوان سرعت هاي بيوسنتز تنظيم كننده هاي رشد را به طور دقيق اندازه گيري كرد.
مشخص شده است كه موتان هاي داراي كمبود تنظيم كننده رشد گياهي ارزش زيادي از نظر تشخيص مواد حدواسط در مسير بيوسنتز اين مواد دارند و مي توان انتظار داشت كه اين گونه موتان ها قادرند در شناسايي آنزيم هاي مسئول تنظيم اين مسيرها كمك مؤثري بنمايند.
اثرات فيزيولوژيكي آبسيزيك اسيد
اثر آبسيزيك اسيد بر بازدارندگي رشد و نمو
آبسيزيك اسيد بازدارنده رشد شاخه ها است و باعث مي شود كه ميان گره ها افزايش طولي پيدا نكنند . خفتگي دانه ها و جوانه ها را طولاني مي كند به همين علت قبلا آن را دورمين مي ناميدند .يكي از بازدارنده هايي است كه توسط كلاهك ترشح مي شود و احتمالا ABA در زمين گرايي ريشه ها دخالت دارد .چون مقدار آن تحت تاثير روزهاي كوتاه افزايش مي يابد آن را به عنوان پيك يا پيام رساني در نظر مي گيرند كه خفتگي پوسته اي دانه ها را القا مي كند و يا باعث خفتگي جوانه ها در پاييز مي شود و شرايط غده اي شدن را نيز به وسيله روزهاي كوتاه مساعد مي سازد . تراكم آبسيزيك اسيد با درجه خواب رابطه مستقيم دارد و تحت اثر تيمارهايي كه به بيدار شدن جوانه كمك مي كند كاهش پيدا مي كند .
اثر آبسيزيك اسيد بر بسته شدن روزنه ها
هنگام كمبود آب ، چند دقيقه پس از، از دست دادن آب، مقدار آن در برگها به طورمحسوسي بالا مي رود و پس از 4 ساعت به 40 برابر مقدار اوليه مي رسد . اگر برگها مجددا آب بگيرند، مقدار آن پايين آمده و به حد اوليه مي رسد. به نظر مي رسد كه آبسيزيك اسيد بعضي از ويژگيهاي غشاء سلولي را تغيير مي دهد و در نتيجه يون هاي پتاسيم مي توانند از غشا گذشته و از سلول خارج شوند. خارج شدن يون هاي پتاسيم سبب كاهش غلظت مواد درون سلول هاي محافظ مي گردد و آب از سلول هاي محافظ
روزنه خارج شده به سلول هاي اطراف مي رود، كاهش تورژسانس سلولي در سلول هاي محافظ روزنه باعث بسته شدن روزنه ها مي گردد. وقتي كه كمبود آب بر طرف گرديد آبسيزيك اسيد محو شده و از بين مي رود و در نتيجه يون هاي پتاسيم به درون سلولهاي محافظ مي روند و غلظت مواد در درون سلول افزايش پيدا مي كند و پديده عكس صورت مي گيرد .
اثر آبسيزيك اسيد بر دفاع در برابر تنش شوري و حرارت
مقدار ABA در واكنش به تنشهاي شوري، سرما و دماهاي بالا كه هر يك باعث كمبود آب مي شوند، افزايش پيدا مي كند. گمان مي رود كه سنتز ABAدر مقادیر مشخصي تنظيم شده و به دنبال افزايش ABA تغيير و تبديلي در ظهور ژني گياهان تحت تنش صورت مي پذيرد. همچنين نشان داده شده كه استعمال خارجي ABA قادر است گياهان چوبي و سخت را در برابر خسارت يخ زدگي و شوري حفظ كند.
اثر آبسيزيك اسيد در رسيدن دانه ها
ABA در رسيدن دانه ها دخالت مي كند و شرايط آن را مساعد مي سازد، ولي برعكس، جوانه زني دانه را به تأخير مي اندازد غلظت آبسيزيك اسيد در ميوه ها بيشتر از دانه است به همين علت وقتي كه دانه ها در درون قسمت گوشتي ميوه ها قرار دارند
آبسيزيك اسيد موجود در گوشت ميوه از رويش دانه در درون ميوه جلوگيري مي كند .اگر ميوه هسته داري را كه به گياه متصل است يا از گياه جدا شده در ماسه مرطوب قرار دهند تدريجا آبسيزيك اسيد ميوه وارد ماسه مرطوب مي شود و مقدار آبسيزيك اسيد در بخش گوشتي ميوه كاهش مي يابد و پس از مدت كوتاهي هسته در درون ميوه رويش خود را آغاز مي كند .
اثر آبسيزيك اسيد در تشكيل گل
آبسيزيك اسيد به طور غيرمستقيم در تشكيل گل در گياه مؤثر است . تيمار با آبسيزيك اسيد باعث تحريك خفيف ولي منظم رشد گل در گياهان كوتاه روز شده تشكيل گل را در كنوپوديوم به طور كامل القا مي نمايد . آبسيزيك اسيد با غلظت زياد از تشكيل گل در قهوه، زيتون جلوگيري كرده و يا آن را به تاخير مي اندازد . بعلاوه اين ماده مانع بنيان گذاري گل در گياه روز بلند لوليوم شده و در گياه كانابيس اثر جيبرليك اسيد را كه باعث تشكيل گلهاي ماده مي شود خنثي مي كند .
از نظر فيزيولوژيكي و مورفولوژيكي بين دوره هاي رويشي و زايشي در گياهان رقابت وجود دارد؛ به اين معني كه در بسياري از گياهان براي شروع دوره زايش لازم است كه دوره رويشي كند شده و يا متوقف گردد . از اين رو آبسيزيك اسيد مي تواند به طور غيرمستقيم در تشكيل گل در برخي از گياهان دخالت داشته باشد.
اثر آبسيزيك اسيد در سنتز اسيدهاي نوكلئيك و پروتئين ها
مطالعاتي كه با استفاده از سيستم آلفا- آميلاز در لايه هاي حاوي آلورون جو انجام گرفته نشان مي دهد كه جيبرليك اسيد باعث شروع سنتز آنزيم هاي جديد شده و آبسيزيك اسيد مانع انجام اين عمل مي شود . بعلاوه آكتينومايسين، در تجربيات كوتاه مدت،
اثر كمي در توليد آميلاز داشته در صورتي كه تركيبات بازدارنده سنتز پروتئين ها و آبسيزيك اسيد داراي عمل بازدارندگي شديد مي باشد . اين تجربيات مداخله آبسيزيك اسيد را در سطح ترجمه نشان مي دهد .
پيرسون و وارنيگ در سال 1969 مشاهده نمودند كه آبسيزيك اسيد اثر بازدارندگي قابل توجهي بر روي كروماتين داشته، مانع سنتز DNA و تمام گونه هاي RNA مي شود ولي RNA ريبوزومي در مقابل اين ماده حساسيت بيشتر و RNAمحلول نسبت به آن حساسيت كمتري از خود نشان مي دهد به عقيده اين محققان آبسيزيك اسيد ممكن است اختصاصا مانع انجام عمل mRNA هايي كه سنتز بعضي از آنزيمها را كد مي كنند بشود و اين عمل را فقط با جلوگيري از اتصال آنها به ريبوزومها كه بدون آن واحدهاي پلي زومي تشكيل نشده و سنتز پروتئين انجام نمي گيرد انجام دهند.
مكانيسم عمل آبسيزيك اسيد
نقش اصلي آبسيزيك اسيد در گياهان احتمالا مربوط به بسته شدن روزنه ها است هنگامي كه گياه در معرض تنش آبي قرار مي گيرد يا هنگامي كه غلظت گاز كربنيك در سلول هاي محافظ در گياه زياد مي شود مانند شب كه فتوسنتز متوقف مي گردد و تنفس انجام مي شود مقدار آبسيزيك اسيد افزايش پيدا مي كند .اثر بازدارنده آبسيزيك اسيد بسيار مهم است اين ماده در حقيقت نوعي ماده ضدجيبرلين است كه از طويل شدن ميان گره ها جلوگيري كرده در نتيجه رشد ساقه را به تاخير مي اندازد. اين ماده روي كلئوپتيل و در كشت بافت گياه نيز مؤثر است .آبسيزيك اسيد در خواب دانه ها و جوانه ها مؤثر بوده و به عنوان يك عامل خزان كننده شناخته شده است. آبسيزيك اسيد بازدارنده اي است كه از طريق كلاهك ريشه در گياه منتشر مي گردد و لذا گفته مي شود كه در ژئوتروپيسم يا زمين گرايي دخالت دارد . احتمالا اثرات آبسيزيك اسيد عمومي بوده و با اكسين نيز اثر متقابل دارد. چون در دوره هاي تناوب نوري كوتاه روزي مقدار آبسيزيك اسيد در گياه زياد مي شود گروهي از پژوهشگران عقيده دارند كه اين ماده به عنوان يك پيك در فصل پاييز خواب جوانه ها و دانه ها را القا مي كند و غده اي شدن را در روزهاي كوتاه تحريك مي نمايد. لذا در گياهان روز بلندي كه در شرايط روز كوتاهي قرار مي گيرند باعث توقف نمو گل در گياه مي شود .در شرايط كمبود آب در گياه آبسيزيك اسيد فراواني ساخته مي شود كه سبب بسته شدن روزنه ها مي گردد. آبسيزيك اسيد در تمام بافت هاي گياه وجود دارد و با مواد محرك رشد گياهي اثر متقابل دارد و لذا اثرات آن در جهت بازدارندگي است . با تغيير غلظت ماده محرك يا ماده بازدارنده رشد فعاليت هاي رشد و يا بازدارندگي در گياه ديده مي شود . مثلا با افزودن مقداري ماده محرك رشد به گياه اثر بازدارندگي آبسيزيك اسيد برطرف مي گردد. در مواردي مثل رويش دانه كاهو و رشد گياه عدسك آبي اكسين از اثر بازدارندگي آبسيزيك اسيد جلوگيري مي كند و به نظر مي رسد كه در اين رابطه مواد محرك رشد ديگري به طور مستقيم تري دخالت مي كنند. در مراحل بلوغ و رسيدن دانه مقدار آبسيزيك اسيد تدريجا در دانه ها افزايش مي يابد كه به خواب دانه كمك مي كند . دانه هايي كه نياز به استريفيكاسيون دارند در مراحل استريفيكاسيون ميزان آبسيزيك اسيد در آنها كاهش مي يابد و مقدار جيبرلين در آنها افزايش پيدا مي كند در مراحل خواب و فعاليت جوانه ها نيز اين تغييرات غلظت آبسيزيك اسيد و جيبرلين مشاهده مي شود. در برگهاي گياهاني كه تحت شرايط تنش مانند خشكي و يا غرقابي خاك، كمبود آب و كمبود مواد معدني، صدمه و آسيب و زخم و غيره قرار مي گيرند غلظت آبسيزيك اسيد افزايش پيدا مي كند . آبسيزيك اسيد در تسريع پيري در گياه دخالت دارد . شروع پيري در گياه با مسدود شدن روزنه هاي هوايي همراه است . در برگهاي مسن مقدار آبسيزيك اسيد به طور فزاينده اي افزايش پيدا مي كند كه با آغاز پيري همراه مي باشد. علايم پيري مانند تحريك كلروفيل و كاهش آن كم شدن شدت فتوسنتز، تغيير در متابوليسم نوكلئيك اسيدها و پرو تئين ها آثاري هستند كه آغازكننده پيري مي باشند و علت بروز آنها در گياه مي تواند آبسيزيك اسيد باشد هرچند كه اين تغييرات مرحله اي از زندگي رشدي گياه محسوب مي شوند.
اثر اكسين بر رشد سلول
اكسين باعث بزرگ شدن سلولها و در غلظت بالاي 1/0 ميلي مول در مورد سلولهاي توتون مي تواند موجب هيپرتروفي سلول ها شود ولي معمولا بر افزايش طولي سلول اثردارد. اثر اكسين بر اندامهاي مختلف به شرح زير مي باشد .
الف : اثر اكسين بر كلئوپتيل- چنانكه در آزمون ونت گفته شد اكسين به غلظت 1 ميكرومول رشد را تحريك مي کند .
ب- اثر اكسين بر ساقه ها- اكسين موجب رشد طولي بسيار شديد سلول هايي كه در منطقه رشد زيرانتهايي ساقه دارند مي شود با مقدار حدود 5 تا 50 ميكرومول بيشترين اثر را دارد و اگر غلظت از اين بيشتر شود اثر سمي خواهد داشت.
ج- اثر اكسين بر ريشه ها- اكسين در مقدار 05/0 تا 5/0 ميكرومول اثري بازدارنده دارد . اكسين در مقادير ضعيفتر بي اثر است و در مقادير بسيار پا يين حدود اثر مثبت نامشخص دارد
د- اثر اكسين بر برگها- اكسين بر رشد پهنك برگ دولپه اي ها اثر بازدارنده دارد و اين اثر با مصرف مقدار قويتر اكسين بيشتر مي شود برعكس رشد دمبرگ ها و نيام مانند ساقه به وسيله اكسين تحريك مي شود . پهنك تك لپه اي ها مانند ساقه ها عمل مي كنند
.اثر اكسين بر تروپيسم ها
الف- نورگرايي
نورگرايي نتيجه اختلاف رشد بين سطح تاريك و روشن كلئوپتيل است و خميدگي نتيجه توزيع نامنظم اكسين است .
آزمايش ها نشان مي دهند كه پس از اين كه كلئوپتيل به مدت سه ساعت در معرض نور يك جانبه قرار گرفت 30% از كل اكسين در سطح روشن شده در مقا بل 70% اكسين در سطح تاريك است . بنابراين دليل اينكه سطح تاريك بيشتر دراز مي شود واضح است؛ زيرا اكسين به مقادير فيزيولوژيك اثر مثبت بر درازشدن كلئوپتيل دارد. در مورد ريشه ها پديده ها برعكس اند زيرا افزايش اكسين در ريشه باعث كاهش رشد مي شود بنابراين سطح تاريك كه اكسين بيشتري دارد كمتر رشد مي كند و سطح مقابل آن رشد بيشتري كرده و از نور دور مي شود . حال بايد بدانيم كه نور چگونه توزيع اكسين را تغيير مي دهد . ساده ترين فرضيه اين است كه قبول كنيم در طرفي كه بيشتر روشن شده اكسين بر اثر اكسايش نوري در مقابل نور تجزيه مي شود اين امر گاهي در شرايط طبيعي با روشنايي خيلي قوي و قرار گرفتن گياه به مدتي طولاني در معرض نور قابل قبول است ولي در مورد نخستين خميدگي فتوتروپيسمي كلئوپتيل قابل قبول نيست زيرا در اين مورد روشنايي بسيار ضعيف و مدت آن بسيار كوتاه است و اين امر نمي تواند توجيه كند كه چرا پذيرنده محرك در نخستين خميدگي راس كلئوپتيل است و نه در منطقه افزايش طولي. بنابراين به اين نتيجه رسيده اند كه نور موجب جابه جايي اكسين از سطح روشن شده به سوي سطح تاريك مي شود .
محل تاثير نور كاملا نزديك محل تشكيل اكسين در دو سه ميليمتر اوليه بالاي كلئوپتيل يعني منطقه اي است كه در آن جابه جايي هاي اكسين از يك سطح به سطح ديگر به آساني صورت مي گيرد.اين مسئله كه پذيرنده هاي نوري چگونه نيرويي ايجاد مي كنند كه موجب كشيده شدن اكسين مي شود هنوز روشن نيست .
ب- زمين گرايي
زمين گرايي حركت يك اندام گياهي در واكنش به نيروي ثقل مي باشد اكسين در سطح زيرين يك كلئوپتيل افقي بيش از سطح زبرين آن وجود دارد در نتيجه سطح زيرين رشد بيشتري كرده و از زمين دور مي شود)زمين گرايي منفي در ساقه . (مطالعات انجام شده بر روي ريشه نشان مي دهد كه غلظت اكسين در سطح زيرين ريشه جوان كه به طور افقي قرار گرفته باشد بيشتر است و چون رشد ريشه در غلظت زياد اكسين كم مي شود سطح بالايي ريشه بيشتر رشد كرده و ريشه به طرف زمين رشد مي كند )زمين گرايي مثبت (.
اثر اكسين بر لايه زاينده
اكسين بر روي مريستم هاي اوليه عمل نمي كند ولي در توليد مريستم هاي ثا نويه دخالت مي كند. مثلا اگر اكسين بر روي گياه آفتابگرداني كه رأس آن قطع شده قرارگيرد، فعاليت زاينده مشخصي به طرف قاعده گياه منتشر مي شود ، و لايه زاينده آبكش چوب توليد كرده و در رشد قطري اندام شركت مي كند اكسين اثر بافت زايي دارد كه منجر به تمايز عناصر هادي مي شود .
اثرات اكسين بر كشت بافتها
اثر اكسين بر بافتهايي از نوع لايه زاينده براي غلظت 1 ميكرومول بيشترين حد را دارد . بنابراين در همان حدي است كه موجب
افزايش طولي ساقه مي شود .
اثرات اكسين بر نمو ميوه ها و بكرزايي)پارتنوكارپي (
رشد فرابر ميوه هاي گوشتي از اثرات ديگر اكسين مي باشد پس از گرده افشاني تكثير فرابر تحريك مي شود ، و خود تخمدان مقدار زيادي اكسين ترشح مي كند با كاربرد اكسين به جاي گرده افشاني مي توان ميوه هاي بدون دانه بدست آورد . به اين منظور پيش از لقاح يعني قبل از تشكيل دانه به تخمدان يا نهنج اكسين مي دهند .
اثر اكسين بر ريزش برگها و گل ها
علت ريزش برگ و ميوه اين است كه لايه جداكننده تشكيل مي گردد كه در اثر ژله اي شدن ، سلول ها از يكديگر جدا مي شوند و فقط آوندها باقي مي مانند و سپس در اثر كوچكترين حركت، ميوه و برگ مي ريزند. اگر بر روي دمبرگي كه پهنك آن جدا
شده است كمي اكسين ريخته شود دمبرگ بدون پهنك برگ تا مدتي دوام مي آورد كاربرد طولاني اكسين)بيش از 6 ساعت (نه فقط بازدارنده ريزش برگ نيست بلكه آن را تسريع مي كند . در مورد دم گل ها پديده دقيقا به همين صورت روي مي دهد و در باغباني با پاشيدن فراورده هايي از نوع اكسين مصنوعي از سقوط زودرس گلها يا ميوه ها جلوگيري مي كنند برعكس مقادير خيلي قوي اكسين هاي مصنوعي به عنوان مواد ريزنده برگها به كار مي روند.
اثر اكسين بر تمايز
اكسين ها در شكل زايي و اندام زايي گياه مؤثرند و اين رويدادها تحت تاثير دوزهاي مختلف اكسين صورت مي گيرند.
غلظت هاي ضعيف اكسين در حضور سيتوكينين آغاز طرح ريزي جوانه ها را امكان پذير مي سازند . غلظت هاي بالاتر، نمو اين طرحهاي اوليه را متوقف مي كند و طرحهاي اوليه به حالت زندگي كند در مي آيند .
اثر اكسين بر چيرگي راسي )غلبه انتهايي(
مدتها قبل از اينكه تنظيم رشد به وسيله مواد رشد گياهي، كشف شود گياه شناسان مي دانستند كه جوانه انتهايي باعث مهار جوانه هاي جانبي مي گردد . آزمايش هاي اوليه نشان داد كه وقتي جوانه انتهايي برداشته شود ، جوانه هاي جانبي رشد مي كنند. با اين حال در هر زمان تنها يكي از جوانه هاي جانبي غلبه پيدا كرده ، رشد بعدي جوانه هاي جانبي را مهار مي كنند. به دنبال كشف اكسين نشان داده شد كه مقادير نسبتا زياد اين هورمون در نوك ساقه وجود دارد .
امروزه تصور مي كنند كه احتمالا بازدارندگي نمو جوانه هاي جانبي اساسا مربوط به كمبود سيتوكينين هاست در واقع ساير تنظيم كننده هاي رشد مانند جيبرلين ها و آبسيزيك اسيد در اين پديده مداخله مي كنند .
اثر اكسين بر ريشه زايي
اكسين ها در ريشه زايي مؤثرند . غلظت هايي از اكسين كه در رشد ساقه مؤثرند در رشد ريشه اثر باز دارندگي دارند ولي در عين حال دوز بالاي اكسين با فعال ساختن تقسيم ياخته هاي دايره محيطيه ايجاد ريشه ها را تحريك مي كنند. اين اثر يكي از كاربردهاي اصلي اكسين يا مواد مشابه آن را تشكيل مي دهد كه براي آساني قلمه زدن به كار مي رود حتي گونه هايي كه سابقا قلمه زدن آنها امكان پذير به نظر نمي رسيد مانند بازدانگان را اكنون مي توانند به كمك مخلوط هورمون ها قلمه بزنند .
با وجود اين مقادير اكسين بايد با دقت بسيار محاسبه شود و مدت به كار بردن آنها در قاعده قلمه ها نبايد طولاني باشد زيرا اكسين ها از رشد ريشه جلوگيري مي کند.
جايگاه هاي عمل اكسين
دو عقيده اساسي در رابطه با جايگاه عمل اكسين وجود دارد . وجود يكي از اين مراكز بر روي ديواره ياخته به عنوان جايگاه عمل اكسين ، بر اساس عقيده اي است كه قبلا توسط آلبرشيم و همكارانش پي ريزي شده است عقيده ديگر بر روي متابوليسم نوكلئيك اسيد متمركز شده است . بسياري از پديده هاي نرمي ديواره ياخته اي ممكن است وابسته به تيمار اكسين به شيوه اي مستقل از فعاليت هاي هسته اي باشد .
اثرات اكسين بر نوكلئيك اسيد و متابوليسم پروتئين
اكسين در بيوسنتز برخي از آنزيم ها مثل سلولاز و پراكسيداز مؤثر است اكسين در مرحله نسخه برداري دخالت كرده و در اين مرحله آنزيم RNA پلي مراز را فعال كرده تا از روي DNA, RNA بسازد. در حقيقت اكسين در بيوسنتز DNA دخالت نمي كند بلكه در مرحله نسخه برداري اثر مي گذارد .
سيتوكينين
سيتوكينين ها غالباً براي تحريك رشد و نمو، به كار مي روند. اين هورمون ها، به ويژه اگر توأم با يك اكسين اضافه شوند باعث تحريك تقسيم سلولي مي شوند. درغلظتهاي بالا باعث تشكيل ساقة نابجا مي شوند؛ اما معمولا از تشكيل ريشه ممانعت مي شود. آنها از طريق كم كردن چيرگي انتهايي باعث تحريك تشكيل ساقة نابجا مي شوند
اثرات فيزيولوژيكي سيتوكينين ها
تقسيم سلولي و تشكيل اندام ها : عمل مهم سيتوكينين ها در گياهان تحريك تقسيم سلولي است .
بزرگ شدن سلول ها و اندام ها : سيتوكينين ها مواد افزاينده تقسيم سلولي محسوب مي شوند با اين وجود نمونه هاي خاصي نيز وجود دارند كه نشان مي دهد سيتوكينين ها بر توسعه و بزرگ شدن سلول ها نيز تاثير دارند . سيتوكينين ها طويل شدن سلول لپه هاي جدا شده از تربچه، كدو، زردان، كتان و ساير گياهان دولپه اي را افزايش مي دهند .وقتي لپه ها از گياه جدا مي شوند، گياهان از منبع طبيعي سيتوكينين محروم مي شوند ولي وقتي سيتوكينين ها به صورت خارجي مصرف مي شوند توسعه سلولها افزايش مي يابد .
ريشه زايي و رشد ريشه : بسته به غلظت ماده و نوع گياه سيتوكينين مي تواند ريشه زايي و رشد ريشه را افزايش داده و يا جلوگيري كند .
نمو جوانه و ساقه و چيرگي راسي : سيتوكينين ها جوانه هاي جانبي قلمه هاي ساقه نخود را افزايش داده و تا حدودي غالبيت انتهايي را از بين مي برند .
سيتوكينين ها ممكن است يك مكانيسم تخليه را در جوانه هاي جانبي آغاز نموده و باعث انتقال مواد غذايي محدودكننده رشد جوانه هاي جانبي شود . سيتوكينين ها نقش تنظيم كننده جوانه زني بذرها را هم دارند. تاخير در پيري و تحريك انتقال مواد غذايي و مواد آلي در تاريكي سرعت پير شدن شديدا افزايش مي يابد . با اين وجود سيتوكينين ها قادرند از طريق به تأخير انداختن فرايند پيري جايگزين اثر نور شوند.
رشد ميوه ها : ميوه هاي جوان در حال نمو، تقسيم سلولي سريعي داشته و دانه هاي آنها منبع غني سيتوكينين مي باشد. سيتوكينين ها نقش مهمي در رشد ميوه دارند.
مكانيسم عمل سيتوكينين ها
سيتوكينين ها در بسياري از مراحل فيزيولوژيكي در گياه مؤثرند ولي مهمترين اثر آنها تحريك تقسيم سلولي است . در بسياري از مريستم هاي ريشه اي افزايش سيتوكينين خارجي باعث توقف تقسيم سلولي و بازدارندگي تقسيم سلولي به وسيله سيتوكينين ها
وابسته به وجود محركهاي رشد گياهي ديگر مخصوصا اكسين ها است . هورمون هاي سيتوكينين در پيشرفت مراحل جنيني در نمو دانه دخالت دارند .
اثرات فيزيولوژيكي جيبرلين
اثر جيبرلين بر رشد گياه
جيبرلين ها رشد طبيعي بعضي از گياهان كوتاه قد را امكان پذير مي سازند همچنين رشد طولي گياهان طبيعي مانند برنج، كاهو، گندم و خيار را تحريك مي كنند جيبرلين ها اثري شگفت انگيز بر بلندشدن ساقه گياهان طوقه اي دارند .
جيبرليك اسيد مانع انجام تقسيم سلولي در مريستم هاي پراكنده ميان گره هاي جو دو سر شده رشد اين بافت ها را با تاثير بر روي رشد طولي تحريك مي نمايد . اثر تحريك كنندگي جيبرلين در رشد ساقه مخصوصا در ساقه هاي گياهان طوقه اي، با افزايش ابعاد سلول و تعداد آن آشكار مي شود .
به نظر مي رسد كشش سلولي بيش از تقسيم سلولي دليل تحريك رشد به وسيله جيبرلين باشد . اين رشد طولي با نوعي افزايش قابل توجه ديكتيوزوم ها به وسيله نوعي تكثير آندوپلاسمي و افزايش پلي ريبوزومهاي ياخته ها جلو مي افتد. اين تغييرات با سنتز و در ترشح زياد مواد سازنده ديواره همراه است.
نتايج حاصل از مطالعه اثر جيبرلين بر روي ظهور جنسيت در گياهان عالي مؤثر بودن اين هورمون را هم بر روي تقسيم سلولي و هم بر روي رشد طولي سلول ها نشان مي دهد تجربيات زيادي نشان مي دهند كه تشكيل مادگي و نافه گل به درجات مختلف تحت اثر عوامل تنظيم كننده رشد، فتوپريود و همچنين ژنوم كنترل مي شود .
جيبرلين عامل مؤثر در تغيير جنسيت بوده مخصوصا در خانواده كدو باعث تشكيل گل هاي حامل پرچم مي گردد . با تغييرات ميزان جيبرلين در گياهان خانواده كدو مي توان نسبت گلهاي حامل پرچم به گلهاي حامل مادگي را تغيير داد . و چون تبديل جوانه هاي رويشي به زايشي هم در نتيجه انجام تقسيم و هم در نتيجه رشد طولي سلولها صورت مي گيرد. بنابراين جيبرلين باعث انجام هر دو پديده در سلولها مي گردد.
اثر جيبرلين بر فعال سازي آنزيمهاي هيدروليز كننده
هورمون جيبرلين باعث فعال سازي آنزيم هاي هيدروليز كننده مخصوصا آنزيم آلفا آميلاز مي گردد . در اين آزمايش دانه جو بدون جنين را انتخاب كرده، آن را با جيبرلين آغشته مي كنند . جيبرلين باعث آزادشدن آنزيم آلفا آميلاز و فعال سازي آن مي گردد .
در دانه هاي سالم و دست نخورده جيبرلين از جنين به آلورون مي رسد . در اثر فعال شدن آنزيم آلفا آميلاز نشاسته ذخيره اي دانه هيدروليز شده و به قندهاي ساده تبديل مي گردد . در نتيجه پتانسيل آبي سلول كاهش يافته و در نتيجه باعث ورود آب و طويل
شدن سلول مي شود .
اثر جيبرلين بر توليد ميوه بدون دانه
جيبرلين ها موجب توليد ميوه هاي بدون دانه يا بكرباري در بعضي گونه هاي گياهي مي شوند . همچنين اگر جيبرلين ها به مقدار زياد به كار بروند موجب رشد زياد برگها مي شود كه در نتيجه غالبا سطح برگها به دو برابر اندازه طبيعي مي رسد .
اثر جيبرلين بر از بين بردن خفتگي دانه ها
جيبرلين در بيشتر موارد خفتگي دانه ها را نيز بر طرف مي كند . به ويژه در مورد دانه هايي كه خفتگي حساس به نور دارند مانند كاهو كه جيبرلين جانشين نور سرخ مي شود و مانند نور سرخ خفتگي اين گونه دانه ها را برطرف مي كند .
اثر جيبرلين بر از بين بردن كوتولگي گياه
گياهان جهش يافته زيادي وجود دارند كه جيبرلين سنتز كرده و در طي سالهاي متمادي تكامل يافته اند . گياهاني وجود دارند كه يك ژن جهش يافته داشته و به اندازه يك پنجم گياهان عادي مي باشند و از طريق ميان گره هاي كوتاه، قابل تشخيص هستند .وقتي جيبرلين به طور خارجي به اين موتان ها افزوده گردد، افزايش قابل ملاحظه اي دراندازه آنها ديده مي شود و اين گياهان به اندازه گياهان طبيعي مي رسند . همچنين ،موتانهاي حساس به جيبرلين نيز وجود دارند كه به استعمال خارجي جيبرلن پاسخ نداده و ميزان جيبرلين آنها معادل گياهان طبيعي مي باشد اما پا كوتاه باقي مانده اند . علت چنين امري اين است كه احتمالا بازدارنده هاي طبيعي زيادي در گياه وجود دارند و يا اينكه موتان هاي گيرنده اي وجود دارند كه در واكنش به جيبرلين ها از رشد خود جلوگيري مي كنند .
مكانيسم عمل جيبرلين
هورمون هاي جيبرلين از نظر تاثير در گياهان داراي طيف وسيعي هستند و انواع مختلف گياهان اعم از چوبي و علفي نسبت به جيبرلين حساسيت و واكنش نشان مي دهند . ولي برخي گياهان نسبت به جيبرلين حساسيت نشان نمي دهند مثلا بعضي از انواع ذرت و گياهان كاج در برابر هورمون هاي جيبرلين بي تفاوت هستند . افزودن جيبرلين ها به بعضي از گياهان ميوه دار مانند سيب و گلابي باعث بزرگ شدن ميوه و افزايش ميزان مي گردد . يكي از كاربردهاي اقتصادي هورمون هاي جيبرلين توليد ميوه هاي
درشت است .در مواردي هورمون هاي جيبرلين مي تواند جايگزين دوره سرما براي رشد دانه و جوانه گياهاني كه براي رويش نياز به سرما دارند شود . هورمون جيبرلين مي تواند جايگزين تناوب نوري در گياهاني كه براي تشكيل گل نياز به تناوب نوري دارند شود . و در بعضي از گياهان دوساله مانند كلم و چغندر جيبرلين باعث تحريك گلدهي مي شود .
تمام گياهان مخصوصا گياهان كوتاه قد در اثر افزايش جيبرلين خارجي اندازه بلندتري خواهند داشت .
هورمونهاي جيبرلين علاوه بر آن كه از نظر عمل اثرات گسترده اي دارند از نظر غلظت نيز داراي طيف وسيعي هستند .
اتيلن
مشخص شده كه كشت اندام نيز همانند كشت كالوس، قادر به توليد هورمون گازي اتيلن مي باشد .
اثرات فيزيولوژيكي اتيلن
رسيدن ميوه ها
مصريان قديم ندانسته از مزاياي افزايش توليد اتيلن، به وسيله انجيرهاي مصري نارس بريده شده، جهت تحريك رسيدگي استفاده مي كردند در سالهاي اخير معين شده كه اتيلن نقش مهمي در رسيدگي ميوه هاي كليماكتريك ايفا كرده است و اصطلاح كليماكتريك به ميوه هايي اطلاق مي شود كه در واكنش به اتيلن مي رسند و اصطلاح غيركليماكتريك در مورد ميوه هايي مطرح مي شود که در معرض اتيلن تغييري در دوره رسيدن آنها ايجاد نمي شود.
در گيلاس، توليد اتيلن هر چند اندك است، در ابتداي رسيدن ميوه افزايش مي يابد .
ريزش برگها
ريزش برگها به وسيله اتيلن تحريك مي شود، در صورتي كه مقدار اكسين پايين بيايد اتيلن به عنوان بازدارنده ميتوز منطقه ريزش و تحريك كننده سنتز سلولاز و پكتيناز و تسريع كننده پيري ياخته ها عمل مي كند. ريزش برگها نتيجه فرايندي عمومي يعني پيري برگها و توليد اتيلن است . بازدارندگي ايجاد شده به وسيله اكسين با اثر آن بر تاخير پيري بيان مي شود . برعكس عواملي مانند خشكي و كوتاه شدن فتوپريود، پيري برگها و در نتيجه سقوط آنها را مساعد مي سازند.
بازدارندگي افزايش طول
اتيلن مانع افزايش طول در ريشه ها مي شود در عوض رشد شعاعي و تكثير آنها را مساعد مي سازد. همچنين از نمو شاخه هاي جوان سيب زميني جلوگيري مي كند.
اثر بر حركت اكسين
اتيلن حركت اكسين را كند مي كند، موجب نوعي زمين گرايي يا حتي اپي ناستي مي شود. با كندكردن حركت اكسين به طرف پايين در يك اندام افقي شرايط رشد سطح بالايي آن را مساعد مي سازد.
گلدهي
سالها پيش مشاهده گرديد كه دود حاصل از چوب باعث تسريع گلدهي در آناناس و درخت انبه مي گردد. امروزه مشخص شده است كه اتيلن تركيب كليدي اين دود مي باشد كه فرايند گلدهي را شتاب مي دهد . اتيلن در بيشتر حالات از گلدهي جلوگيري مي كند اما اثر تحريك كنندگي در آناناس و درخت انبه دارد .
پيري
محققان با استفاده از برگها و گل ها نشان دادند كه استفاده از اتيلن خارجي فرايند پيري را سريع تر كرده و نيز توليد اتيلن در طي مراحل پيري بيشتر مي شود .
ساير اثرات فيزيولوژيكي
علاوه بر فرايندهاي فيزيولوژيكي كه قبلا شرح داده شد، مشخص شده كه اتيلن در فتوسنتز تنفس – تعرق ركود – جوانه زني بذر – ظهور جوانه – غلبه انتهايي –رشد سلول – كشت بافت – جنين زايي – اپي ناستي – ريشه زايي – اندامهاي ذخيره اي – تشكيل آوندهاي چوبي – ممانعت از گلدهي – تكامل جنسي –زمين گرايي – ريخت زايي در اثر تماس با اجسام جا مد – ترشح – جريان صمغ– تشكيل لاستيك – هيپرتروفي و ساير فرايند ها نيز مشاركت دارد.
مكانيسم عمل
چون اتيلن يك ماده گازي شكل است در شرايط طبيعي بررسي مكانيسم عمل آن بسيار مشكل است . با توجه به اثراتي كه اتيلن در گياه دارد مانند ريزش برگها، گلها، ميوه ها، شاخه ها، ايجاد پيري ، تغيير رنگ ، اپي ناستي و غيره تصور مي شود كه اتيلن باعث تغييراتي در ويژگيهاي غشاء هاي سلولي مي گردد . در اين باره گفته مي شود كه اتيلن با بعضي از مواد تشكيل دهنده غشاء سلولي پيوندي ايجاد مي كند كه در محل پيوند ، پاسخ واكنش هاي ثانويه شروع مي شود ولي در رابطه با تشكيل پيوند اتيلن و غشاء و واكنشهاي فيزيولوژيكي آن كه ايجاد مي شود . اطلاعات كمي در دست است.
مكانيسم عمل اتيلن هنوز شناخته نشده است . گمان مي كنند كه اتيلن موجب تخريب mRNAها مي شود و در نتيجه سنتز پروتئين را دچار اختلال می كند . ولي بعضي از اعمال اتيلن بسيار سريع است .امكان دارد اتيلن مانند اكسين تراوايي غشاها را با تثبيت بر روي قطب هاي چربي دوست تغيير دهد.
مباني بيوتكنولوژي و كشت بافت گياهي
غلامرضا بخشي خانيكي محسن فرشاد فر