Природные ингибиторы гиббереллина – Наука в гидропонике
В этой серии постов мы обсудили различные методы и синтетические химические вещества, которые можно использовать для поддержания роста растений. Мы обсудили, почему так важно держать растения низкорослыми, как этого можно добиться с помощью синтетических ингибиторов гиббереллина и как этого же можно добиться с помощью разницы дневных и ночных температур. Однако есть также много природных веществ, которые можно использовать для ингибирования гиббереллинов, которые могут помочь нам достичь той же цели. В этом посте мы поговорим об исследованиях природных ингибиторов гиббереллина, растительных экстрактах, которые показали эту активность, и о том, что мы обнаружили в этих растительных экстрактах.
Исследования экстрактов растений, которые могут ингибировать гиббереллины, начались в конце 1960-х годов. Многие различные растительные экстракты были протестированы на ингибирующую активность. Испытания были простыми: контрольное растение не опрыскивали, второе контрольное растение гиббереллинов опрыскивали гиббереллинами, а третье растение опрыскивали смесью гиббереллинов и тестируемого растительного экстракта. Всякий раз, когда присутствовала ингибирующая активность, третье растение демонстрировало характеристики, очень похожие на контрольные, в то время как растение, обработанное гиббереллином, обычно значительно вытягивалось. Обычно вы видите графики, подобные показанному ниже, где растение, опрыскиваемое чистыми гиббереллинами, является контролем, в то время как экстракт содержит как гиббереллины, так и растительный экстракт. Когда экстракт ингибирует гиббереллины, растение растет меньше при той же концентрации гиббереллина, хотя по мере увеличения концентрации гиббереллина ингибирующий эффект экстракта превосходится, и растения достигают аналогичных показателей.
При проведении этого исследования одним из самых многообещающих растений было рожковое растение. Экстракты зеленых плодов рожкового дерева холодного отжима были изучены достаточно широко и неоднократно демонстрировали этот эффект (1, 2, 3). Различные извлеченные фракции показали эффект, и исследователи стремились найти конкретные вещества, ответственные за ингибирование. В конце концов, исследователи обнаружили, что виновником была абсцизовая кислота (4), также известная как ABA. Экстракты других растений, обладающих ингибирующим действием на гиббереллин, например, лимской фасоли, также содержат значительное количество АБК (5). Так почему же мы не используем АБК в качестве безопасного и экологически чистого ингибитора гиббереллина?
Это сводится к химии ABA, которая довольно сложна. Во-первых, АБК содержит хиральный центр (1’ на изображении ниже), что делает его первым обнаруженным хиральным растительным гормоном. Это означает, что его зеркальные отражения не эквивалентны — как ваша правая рука не эквивалентна вашей левой руке — а это означает, что эти две химические формы будут вести себя по-разному в биологических системах. Это существенно усложняет синтез молекулы. Кроме того, АБК содержит несколько двойных связей, которые в зависимости от их конфигурации могут сделать молекулу полностью неактивной. К сожалению, АБК подвергается перегруппировке двойных связей под воздействием УФ-излучения, что приводит к дезактивации молекулы, что делает ее нестабильной для повседневного использования. Таким образом, хотя на бумаге ABA была хороша, на практике она никогда не использовалась широко. Было разработано несколько химических аналогов АБК, и было исследовано много химии, связанной с АБК и белками, с которыми она связывается (подробнее вы можете прочитать в этой книге).
Фенольные соединения также представляли большой интерес в 1970-х годах, поскольку многие растительные экстракты, показавшие ингибирующую активность, также содержали многие из этих молекул. Они принадлежат к семейству соединений, называемых «танинами», и затем были исследованы в чистом виде в качестве потенциальных ингибиторов гиббереллина, причем многие из них показали значительную активность (6, 7, 8). Это показало, что экстракты, полученные из фруктов, таких как рожковое дерево, обладали ингибирующей активностью, которая не зависела от активности, которую они получали от АБК, хотя фенольные соединения были значительно менее активны по сравнению с чистым растительным гормоном.
В конце 1970-х исследования этих природных ингибиторов гиббереллина прекратились, когда начали появляться первые успешные синтетические ингибиторы синтеза гиббереллина. Они были гораздо более эффективными, поскольку не имели дела с гиббереллином, когда-то произведенным, а в основном атаковали пути, которые использовались для образования химического вещества в растениях. Вещества, такие как хлоромекват и паклобутразол, сделали большую часть этих исследований ингибиторов природного происхождения бесполезными, поскольку они были дешевы в массовом производстве и гораздо более эффективны.
С возвращением к более безопасным и естественным альтернативам и достижениями в области химического синтеза становится привлекательным прямое использование АБК или фенольных веществ для ингибирования гиббереллинов и предотвращения удлинения побегов. Если вы заинтересованы в этом пути, просмотрите прошлые исследования 1970-х годов, чтобы придумать тестовые составы для опрыскивания листвы или продуктов для пропитки корней, было бы хорошим начальным подходом. Если вы хотите избежать использования чистых веществ и всего химического синтеза, использование прямых экстрактов из растений, таких как лимская фасоль и рожковое дерево, также является потенциальным подходом, хотя необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что условия процессов экстракции и хранения экстракта не разрушают их активные свойства.
