Синтетические ингибиторы гиббереллина – Наука в гидропонике
Растения растут как вертикально, так и горизонтально. У растения будут развиваться ветви вдоль стебля, расширяющиеся горизонтально, а стебель будет расти к солнцу, делая растение выше. Этот вертикальный рост почти всегда является нежелательным качеством, как в экстенсивных, так и в интенсивных культурах, что создает возможность улучшить культуру растений, пытаясь уменьшить высоту растений. Подробнее о том, почему важно выращивать короткие растения, вы можете прочитать в этом посте. Хотя есть много потенциальных способов добиться этого, которые я подробно обсужу в следующих постах, в этом посте будут рассмотрены самые мощные инструменты, которые были разработаны для этой цели, класс регуляторов роста растений (PGR), известных как ингибиторы гиббереллина. или чаще как «замедлители роста».
Укоротить растение — нетривиальная задача. Это потому, что мы не хотим, чтобы растение было менее продуктивным, но мы хотим такой же продуктивности, как у высокого растения, но в гораздо более густой и компактной упаковке. Поэтому нам необходимо ингибировать вегетативный рост, не затрагивая стадии цветения нашего растения. Около 30 лет назад ученые выяснили, что набор растительных гормонов, называемых гиббереллинами, играет решающую роль в вегетативном росте растений, особенно в удлинении растения, поэтому они стали главной мишенью для остановки роста. Если вы сможете нарушить путь образования гиббереллинов именно тогда, когда растение должно вытягиваться, тогда растение перестанет расти вертикально, и это никак не повлияет на развитие цветения растения.
Мы обнаружили несколько различных типов соединений, которые могут это делать. На рисунке выше показан путь синтеза гиббереллина и этапы, на которых было показано, что различные молекулы разрушают его. Среди самых мощных и широко используемых были те, которые нарушали превращение каурена в кауреновую кислоту, причем самым известным из них был паклобутразол. В остальных группах наиболее часто применялись хлормекват и даминозид. Все эти молекулы являются частью первого поколения ингибиторов гиббереллина, и они сделали именно то, что должны были сделать, оказавшись чрезвычайно мощными замедлителями роста, способными сохранять компактность растений и значительно повышать урожайность нескольких различных культур.
Однако вскоре стало очевидно, что их токсичность и сохранение в тканях растений значительны. Было показано, что паклобутразол токсичен, оказывает влияние на развитие и репродуктивную функцию крыс (1), хотя было показано, что он не является канцерогенным для человека, но все же очень токсичен для водных организмов (2). Поэтому использование паклобутразола на пищевых культурах не рекомендуется, но действительно ли это разрешено или нет, зависит от законодательства страны, в которой вы находитесь. В некоторых странах разрешено использование паклобутразола, если между применение и развитие съедобных частей урожая, и опять же, это обычно относится только к ограниченному количеству культур, где можно гарантировать, что время между использованием и сбором будет достаточно продолжительным. С хлормекватом и даминозидом следует аналогичная история, хотя в случае с даминозидом было обнаружено, что он канцерогенен, и его использование для выращивания пищевых культур было полностью запрещено во всем мире в конце 1980-х годов.
Вышеупомянутые разработки побудили химические компании искать и разрабатывать новые ингибиторы синтеза гиббереллинов с более низкой токсичностью и меньшим накоплением в растениях, которые могли бы быть одобрены для использования в пищевых культурах. Это привело к разработке прогексадиона-кальция и тринексапак-этила, которые в настоящее время являются двумя наиболее часто используемыми замедлителями роста. Эти два имеют значительно более низкую токсичность и более низкий период полураспада в окружающей среде. По этой причине тринексапак-этил был одобрен для общего использования в таких местах, как Нью-Йорк (3). В этом документе обсуждается токсичность для млекопитающих и водных организмов, и установлено, что тринексапак-этил не представляет угрозы для людей или животных при максимальной рекомендованной норме применения. В основном это связано с тем, что он быстро разлагается в окружающей среде. Аналогичные выводы были сделаны и в оценке рисков, проведенной EFSA (4). Другая оценка риска EFSA для прогексадион-Ca также указывает на то же направление (5). Прогексадион-Ca в настоящее время одобрен EPA для использования в яблоках, траве, выращиваемой на семена, арахисе, грушах, клубнике, черешне, дерне, кресс-салате, люцерне и кукурузе (6).
Оптимальные результаты с этими новыми замедлителями роста также требуют тщательного рассмотрения рецептуры применения, времени применения и адекватного сочетания PGR с выращиваемым растением. Например, на яблонях требуются гораздо большие дозы тринексапак-этила по сравнению с прогексадионом-кальцием для достижения тех же результатов, а деревья, которые были обработаны тринексапак-этилом, могут иметь значительное уменьшение количества цветков в последующих культурах (7).
С разработкой менее токсичных, но все же высокоактивных замедлителей роста может показаться несложным использовать их в сельскохозяйственных культурах для предотвращения удлинения и повышения урожайности. Однако введение ингибиторов пути гиббереллинов не обошлось без дальнейших последствий, поскольку этот путь также важен для управления производством важных фитонутриентов и эфирных масел. При использовании этих замедлителей роста важно оценить их влияние на качество продукта, поскольку они также могут привести к изменению свойств конечного продукта. Например, в яблоках эти PGR могут индуцировать выработку лютеофорола, флавоноида, который они обычно не производят (8).
