Какой газ является гормоном растений: Этилен – загадочный гормон созревания фруктов и овощей

Этилен

Автор Чергинцев Д. А.

Следующий гормон биотического стресса – этилен (С₂Н₄). Это простое низкомолекулярное газообразное вещество обладает, тем не менее, очень значительным комплексным действием на растения. По основному характеру воздействия этилен можно назвать гормоном механического стресса.

Впервые эффект, который этилен оказывает на растения, обнаружил в начале ХХ века Д.Н. Нелюбов, выращивавший в своей лаборатории горох. Его растения имели утолщенные укороченные проростки с согнутой в форме петельки верхушкой (рис 1), которая, помимо прочего, проявляла еще и горизонтальный рост.

За неимением электричества в то время все освещали газом. Лаборатория Нелюбова не была исключением. Поэтому действие этилена было выявлено именно поочередной обработкой растений различными продуктами сгорания светильного газа. Это открытие позволило объяснить преждевременное опадение листвы у деревьев, растущих рядом с уличными светильниками или в местах аварий на газопроводе.

Рецепторы к этилену расположены в мембране. Эти белки-рецепторы представляют собой целое семейство и имеют различное фенотипическое проявление ответа на стресс. Они представляют собой гомодимерные гистидинкиназы. Этилен связывается с ионом меди, в результате чего конформация рецептора меняется, что приводит к его автофосфорилированию и вызывает фосфорилирование киназ внутри цитоплазмы. При этом блокируется ингибиторное действие протеинкиназы STR1 на рецептор EIN2, расположенный в ядерной мембране.

Мутанты ctr1 (рис.4) имеют все признаки растений, обрабатываемых этиленом, что позволяет сделать вывод о том, что без воздействия этилена CTR1 связана с мембранной гистидинкиназой и блокирует весь путь. Внутриклеточный каскад, запускаемый этиленом, может идти через МАР-киназы. В результате внутри ядра активируются различные транскрипционные факторы. Так, фактор EIN3 (ethylene-insensitive) связывается с промотором белка ERF1, вызывая его транскрипцию. ERF1 (ethylene response factor) сам является транскрипционным фактором и взаимодействует с ERE-последовательностью (ethylene response element) в промоторах генов, продукты которых определяют ответ на этиленовый сигнал. На рисунке 3 показано, как путем ацетилирования и деацетилирования гистонов может происходить активация и сайленсинг генов. На картинке также изображен TATA-box сайт, который является важным цис-регуляторным элементом во многих генах: именно здесь начинает расплетаться двойная спираль (благодаря более слабым водородным связям пары А-Т), что необходимо для работы ДНК-зависимой РНК полимеразы. К нему присоединяются либо гистоны во время инактивации гена, либо факторы транскрипции TBP (TATA binding protein).Этилен может вырабатываться во всех клетках. Синтез гормона начинается с аминокислоты метионина и является частью цикла Янга, в ходе которого израсходованный метионин восстанавливается с затратой АТФ. Из метионина и АТФ S-аденозинметионин синтазой (SAM-синтаза) образуется S-аденозинметионин. Далее под действием АЦК-синтазы образуется метиладенозин, который далее участвует в реакциях цикла Янга, и 1-аминопропан-1-карбоновая кислота (АЦК). Под действием кислорода АЦК-оксидаза превращает АЦК в этилен и цианомуравьиную кислоту, которая разлагается на углекислый газ и цианид. Цианид не является смертельно ядовитым для растений из-за наличия у них в дыхательной цепи митохондрий альтернативной оксидазы, благодаря которой цианид не ингибирует митохондриальное дыхание.

Воздействие этилена на растение вызывает так называемый тройной ответ: угнетение роста побега продольным растяжением, усиление поперечного роста, нарушение геотропизмов.

1. Нарушения тропизмов. В данном случае имеются в виду изменение отрицательного геотропизма побега, выраженного в горизонтальном росте макушки после формирования апикальной петельки (рис.1). Этиолированные растения синтезируют этилен в больших концентрациях, особенно сильно – в области растяжения ниже апекса. Этилен нарушает перераспределение переносчиков ауксина в клетках, тем самым изменяя полярный транспорт. В вогнутой части петельки образуется повышенная концентрация ауксина, что негативно сказывается на удлинении клеток. Биологический смысл данного ответа понятен: растению, не получающему света и не имеющему его источников для направленного роста, необходимо расти горизонтально, чтоб «найти» выход из области затенения как можно быстрее. Это же справедливо и для корней. При встрече растущего корня с препятствием, которое невозможно преодолеть, возникает стрессовая реакция, влекущая за собой синтез этилена. В результате корень принимает горизонтальное положение роста и может обогнуть препятствие.
2. Известно, что комплекс синтеза целлюлозы в растениях расположен в мембране и выделяет наружу целлюлозные цепи, собирающиеся в микрофибриллы во внешней среде. Этот целлюлозосинтазный комплекс с внутренней стороны мембраны связан с микротрубочками и идет по ним, как по рельсам. В норме в клетках микротрубочки расположены поперек оси удлинения клетки, соответственно, фибриллы целлюлозы откладываются перпендикулярно направлению растяжения, формируя каркас наподобие пружины. Этилен вызывает в растениях переориентацию цитоскелета из микротрубочек. Кортикальные микротрубочки приобретают продольное расположение, и фибриллы целлюлозы начинают откладываться тоже продольно, в результате клетки теряют способность к удлинению в вертикальном направлении и приобретают возможность расти горизонтально. Фенотипически это проявляется в сильно укороченном росте растений и утолщенном стебле.
3. У многих растений водных сред обитания этилен образуется в ответ на постоянное затопление. В данном случае синтез фитогормона вызывает утолщение тканей органов и образование аэренхимы – особой воздухоносной ткани с крупными межклетниками.
4. Этилен является главным гормоном старения. Как уже говорилось ранее, это основной гормон, отвечающий за сбрасывание листьев (абсцизовая кислота – ответ на засуху). К листопаду приводит множество разных факторов, таких как физиологическая сухость, накопление ядовитых веществ, понижение температуры и уменьшение длины светового дня, механический стресс. Опадение листьев (а также плодов и других частей растения) происходит путем образования отделительного слоя (рис.5) у основания черешка листа. Под влиянием этилена рядом с местом отделительного слоя начинается частичное опробковение тканей. При этом выделяются пектиназы, целлюлазы и другие ферменты, разрушающие клеточные стенки уже непосредственно в месте будущего разделения. Из остатков разрушенных полисахаридов образуются олигосахарины, вызывающие дальнейшее размягчение тканей. В конечном счете механическая прочность настолько сильно уменьшается, что лист легко опадает. Сам процесс закладки отделительного слоя зависит от баланса между ауксином и этиленом. Когда ИУК много, этиленовые сигналы блокируются; при падении концентрации ИУК клетки черешка листа становятся чувствительными к эндогенному этилену.

5. Этилен ингибирует рост корней в длину, но важен для образования боковых корней и образования корневых волосков (рис.6).

6. Благодаря механическому стрессу этилен способствует закладке механических тканей в стеблях растений. Данная закономерность является объяснением одной из причин проблем в известном проекте «Биосфера-2», созданном в конце ХХ века для моделирования жизни в потенциальных колониях на Марсе. По условиям проекта комплекс должен быть полностью изолирован от внешней среды и автономен, чтоб соответствовать условиям Марса. Внутри «Биосфереы-2», чья площадь занимала 1,5 га, были созданы искусственные биотопы, в том числе тропический и мангровый леса, саванны и пустыни. Среди многочисленных бед, которые не давали растениям нормально развиваться, можно назвать и отсутствие ветра. Ветер, дующий на растения, воздействует на них механически, что вызывает выработку этилена и стимулирует образование механических тканей. Проведя всю жизнь в таком полном «штиле», деревья «Биосферы-2» имели тонкие и очень хрупкие стволы.
7. Созревание плодов. Развитие плода начинается с оплодотворения завязи. Уже при прохождении пыльцевой трубки сквозь ткань столбика начинается механическое воздействие на ткани, которое приводит к выработке этилена. Этилен будет активно принимать участие в дальнейшем развитии цветка и формировании плода. Он же вызывает увядание стерильных элементов цветка и тычинок, поэтому в цветоводстве часто срезанные цветы обрабатывают ингибиторами этилена. Исключением являются Бромелиевые, у которых этилен, наоборот, стимулирует цветение. При формировании и созревании плодов, что можно рассматривать как процесс старения, этилен действует на разные растения по-разному. Плоды проходят фазу так называемого интенсивного дыхания, которая может происходить в разное время: при созревании (такие плоды называются климактерическими) и при старении – (неклимактерические плоды). Плоды с климактерическим типом дыхания при обработке этиленом ускоряют свое созревание. К ним относятся бананы, томаты, персики, груши, яблоки. У плодов, не имеющих пика дыхания при созревании (вишня, земляника, виноград, цитрусовые),этилен не вызывает ускоренного созревания. Свойства климактерических плодов, вырабатывающих эндогенный этилен при дыхании, широко используются в торговле. Так, сорванные зеленые бананы в тропических странах транспортируются в рефрижераторах, из которых постоянно откачивается и отфильтровывается этилен. Непосредственно перед отправкой потребителю плоды обрабатывают этиленом, за счет чего они быстро созревают. То же с томатами. Собранные зеленые плоды кладут в темное место (как уже было сказано, этиоляция тоже представляет собой механический стресс и способствует биосинтезу этилена), где они постепенно дозревают. Если к ним положить уже спелый или даже слегка подпорченный плод (т.е. активно вырабатывающий этилен), созревание пойдет гораздо быстрее.

8. Этилен влияет на заживление ран. Всякое ранение связано с сильным механическим стрессом, и, соответственно – с выработкой этилена. При ранении под действием этилена происходит образование раневого камбия, который экзархно откладывает раневую перидерму. Перидерма представлена прочной гидрофобной тканью, создающей непроницаемый барьер перед раной.

Латекс у растений – коллоидный раствор, содержащий диспергированные микрочастицы каучука, эмульгированные поверхностно-активными веществами. Такую природу имеет и млечный сок бразильской гевеи (Hevea brasiliensis). Каучук в млечниках растения содержится в виде жидкого сока, а при повреждении быстро твердеет, закупоривая таким образом рану и предотвращая проникновение патогенов. На затвердение латекса влияет именно этилен. На плантациях гевеи широко используются ингибиторы этилена. 

9. Борьба с патогенами и вредителями. Находясь всю жизнь в относительно неподвижном состоянии и не имея возможности спастись от опасности бегством, растения вынуждены «вооружаться» целым арсеналом биохимических методов защиты. В этом, надо сказать, они достигли совершенства. Механизмы иммунного ответа растений довольно сложны и затрагивают практически весь метаболизм клеток. Кажется невероятным, однако иммунная защита растений настолько продумана, что может сравниться с иммунитетом животных. Так, у растений есть как избирательный и локальный иммунный ответ, так и комплексные неспецифические реакции. Растения развивают иммунологическую память к патогенам, которая сравнима с вторичным иммунитетом животных и представляет собой изменение хроматина в генах устойчивости к патогенам.

В некоторых формах иммунного ответа участвует и этилен.

Известный пример защиты растений от фитофагов – выделение таннинов африканскими акациями. Когда антилопы поедают листья деревьев, выделяется этилен, в ответ на который акации образуют токсичные для животных полифенольные соединения – таннины. Интересно, что этилен, будучи летучим веществом, попадает в воздух и распространяется с ветром, из-за чего растения на довольно большой площади начинают вырабатывать таннины и становятся ядовитыми.

В некоторых растениях под воздействием этилены вырабатываются фитогемагглютины, склеивающие эритроциты, и разнообразные ингибиторы протеиназ, нарушающие пищеварение.

Для борьбы с насекомыми и низшими грибами растения имеют специфические ферменты – хитиназы. Хитиназы разрушают покровы насекомых и клеточные стенки грибов, содержащие хитин. Кроме того, продукты распада хитина служат специфическими «антигенами», которые распознаются растениями. В результате в клетках растений отключаются системы гашения активных форм кислорода, и возбудитель подвергается воздействию разнообразных активных форм кислорода (пероксид водорода, супероксид-анион, и др.). При этом часть растительного организма уничтожается вместе с возбудителем в ходе реакции сверхчувствительности, в которой этилен тоже играет немаленькую роль.

Этилен вызывает в клетках, находящихся рядом с зоной поражения, синтез фитотоксинов – фитоалексинов. Фитоалексины – это вещества разнообразной химической природы (гликозиды, терпеноиды, алкалоиды, фенольные соединения). Существует и множество других играющих важную роль в защите растений веществ: например, это лектины, ингибиторы протеиназ, и т. д., как действующие как против патогена, так и усиливающие защитные характеристики самого растения.

Как было указано ранее, высокие концентрации ауксина вызывают эффекты, противоположные характерным для данного гормона. В частности, обработанные высокими концентрациями искусственного ауксина (2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислота и другие вещества) растения воспринимают это как стрессовую ситуацию и отвечают эндогенным синтезом этилена, приводящим к листопаду. Это свойство было использовано армией США во время военных действий против партизан во Вьетнаме. Растения обрабатывали печально известным «Agent Orange». Помимо экологической катастрофы на большой территории – уничтожения тысяч гектар растительности — пострадали также и люди. Входящие в состав «Agent Orange» диоксины (рис.8) представляют собой опаснейшие мутагены. Жертвами этой акции стали свыше миллиона человек.

# Физиология растений

# 10 класс

# 11 класс

Этилен – загадочный гормон созревания фруктов и овощей

Замечали ли вы, что один и тот же фрукт, может пролежать зеленым неделю, а может созреть за несколько дней? Дело не в том, что он сорван с другого дерева или лежит на сантиметр ближе к окну. Все дело в его соседях по фруктовой вазе и фитогормоне, который фрукты и овощи выделяют в разных количествах.

Что такое гормон зрелости?

При созревании фрукты или овощи выделяют в окружающую среду фитогормон под названием этилен. Фитогормоны – это вещества, которые вырабатывают растения с целью регуляции своих процессов. Эти гормоны вызывают определенные структурные изменения у растений, восприимчивых к ним. Фитогормоны, как и обычные гормоны, используются для регулирования различных процессов жизненного цикла: прорастание семян, рост растений, дифференциация тканей и органов, цветение и появление плодов. Образуясь в одной части растения, фитогормоны могут переходить в другие его части. Эффект работы фитогормонов часто обусловливается дополнительными внутренними и внешними факторами.

Среди растительных гормонов выделяют пять основных групп. Они разделены по способу их влияния на физиологию растений и общему химическому строению. Также гормоны могут делиться на стимуляторы (ускоряют) и ингибиторы (замедляют), которые часто работают в паре.

Источник: czwetochek.ru 

Какими бывают фитогормоны?

Выделяют следующие группы классических гормонов:

• Абсцизины
• Ауксины
• Цитокинины
• Гиббереллины
• Этилен

Этилен (С2Н4) – фитогормон, относящийся к ингибиторам роста растений. При этом этилен единственный из возможных регуляторов роста растений имеет газообразную форму и обладает слабовыраженным сладковатым запахом. Именно поэтому зрелые фрукты пахнут сладко и аппетитно.

Молекула этилена

Источник: kipmu.ru 

Этилен считается самым производимым соединением в мире, хотя это вещество синтезируется в растениях в очень низкой концентрации. Этиленопродуценты – соединения, разрушение которых как раз и сопровождается выделением этилена, широко применяются в сельском хозяйстве и промышленности. Они используются для ускорения созревания томатов, а также послеуборочного дозревания фруктов и овощей, с их помощью усиливается отделение латекса каучуконосных деревьев на плантациях, выделяется живица у сосны, формируется укороченный и толстый стебель у колосьев, ускоряется опадание хлопчатобумажника перед машинной уборкой и даже цветение ананасов и многих других культур.

Иоганн Бахер

Источник: Википедия

Как открыли этилен?

Впервые этилен получил немецкий химик Иоганн Бахер в 1680 году, изучая воздействие купоросного масла на винный спирт. В самом начале этилен называли «горючим воздухом» и приравнивали к водороду, но в 1975 году это вещество получили голландские химики. Дейман, Потс-ван-Трусвик, Бонд и Лауеренбург назвали этилен по-новому «маслородным газом».  Дело в том, что этилен способен присоединять хлор и образовывать в процессе маслянистую жидкость – так называемое «масло голландских химиков».

Подробно изучением этилена занимался А. М. Бутлеров, который получил вещество из взаимодействия меди и йодистого метилена. Таким образом, ученый прояснил структуру этилена. В 1901 году Д.Н. Нелюбов продвинулся еще на один шаг в изучении этилена. Он обратил внимание, что на свежем воздухе горох вырастает ровным и большим, а в лабораторных условиях верхушка загибается крючком. Ученый предположил, что дело в воздухе лаборатории и тех веществах, которые в нем находятся. Догадки оказались правильными.

Дмитрий Николаевич Нелюбов

Источник: Википедия

Чтобы доказать это, Нелюбов провел небольшой эксперимент. В те времена помещения освещали газом,

который использовался и в уличных фонарях. Кстати, замечено, что деревья, растущие рядом с таким искусственным освещением, желтели и опадали раньше положенного срока. Этот газ содержал в себе  различные органические вещества. Нелюбов задался целью отделить их из общего состава воздуха с помощью специальной трубки с оксидом меди. В емкости с очищенным воздухом горох рос вполне успешно. Дальше ученый решил выяснить, какое именно вещество мешает гороху развиваться. В очищенный воздух он поочередно добавил все возможные примеси из светильного газа. Этилен замедлил рост, создал петлю на макушке и сбил направление проростка. Эту реакцию назвали «тройным ответом на этилен», а горох стали использовать во время тестирования воздуха на содержание в нем этилена. Потом выяснилось, что листопад и созревание плодов – это тоже «дело рук этилена», так как растения способны самостоятельно синтезировать его.

Что происходит с фруктами и овощами?

Этилен блокирует поступление ауксина, в результате чего происходят процессы опадания листьев, цветков, плодов и даже старение органов. Интересно, что при старении плода увеличивается не только концентрация этилена, но и восприимчивость растения к нему.

Разные растения реагируют на этилен по-своему. Например, на дереве яблоки созревают постепенно. Если сорвать плоды, то исчезает ингибитор родительского дерева и прекращается подпитка влагой, а этилен образовывается в ускоренном режиме. Так яблоки созревают быстрее. Они же способны ускорить созревание даже у фруктов и овощей, которые лежат рядом. Подобно яблокам, этилен активно выделяют абрикосы, груши, бананы, а также некоторые овощи, например, картофель. Однако с бананами все немного сложнее: они выделяют этилен, но при этом сами слабо чувствительны к нему. По этой причине они выдерживают долгие перевозки из дальних стран. После транспортировки их также могут обрабатывать этиленом, чтобы ускорить процесс созревания и придать им привычный желтый цвет.

Созревание фруктов и овощей в разных странах

Источник: fotostrana.ru 

Как правильно хранить овощи и фрукты?

Если вы не хотите ускорить созревание конкретного овоща или фрукта, на кухне лучше придерживаться следующих советов:

• бананы, яблоки, груши, абрикосы, киви, манго, персики и сливы храним отдельно от других фруктов и овощей;
• картофель, брокколи, салат, морковь, спаржа и зеленая фасоль очень восприимчивы к этилену, постарайтесь не совмещать их в холодильной камере вместе с вышеперечисленными фруктами;
• репчатый лук и картофель не совместимы при хранении;
• вишня и черника не боятся этилена и могут «ужиться» с чем угодно;
• яблоки и арбузы лучше хранить в холодильнике, но на разных полках;
• киви и авокадо хорошо расположатся на одной полке, помидоры и сливы тоже, но доставать их из холодильника лучше всего только перед употреблением;
• персикам и грушам будет комфортно при комнатной температуре;
• капуста и сельдерей могут ухудшить вкус помидоров;
• морковь станет горькой, если ее хранить вместе с томатами и перцем;
• вкус лука изменится при соседстве с перцем;
• если огурцы и перцы должны остаться зелеными, не кладите их рядом  с яблоками, томатами и другими плодами, выделяющими этилен.

Источник: znamenka.info 

Материал подготовлен по данным из открытых источников, а также с опорой на История открытия этилена.
Фото на главной: goodhouse.ru, 7dach.ru 

16.5: Этилен — биология LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Мелисса Ха, Мария Морроу и Камми Алжирс
• Yubaal College, College of the Redwoods, & ASC Ventura Education Resource Initiative

Цели обучения

• Соотнести химическую структуру этилена со способом его транспортировки.
• Определите места синтеза и действия этилена.
• Опишите промышленное применение этилена.

Этилен отличается от других растительных гормонов тем, что представляет собой более простую и меньшую молекулу, представляющую собой летучий газ (рис. \(\PageIndex{1}\)). Сотни лет назад, когда на городских улицах устанавливали газовые уличные фонари, деревья, росшие близко к фонарным столбам, развивали искривленные, утолщенные стволы и сбрасывали листву раньше, чем предполагалось. Эти эффекты были вызваны испарением этилена из ламп. Стареющие ткани, например увядающие или созревающие, и узлы стеблей вырабатывают этилен.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Химическая структура этилена. Изображение Benjah-bmm27 (общественное достояние).

Действие этилена

Этилен выполняет множество функций, и его основные функции связаны с старением или старением. Это включает созревание плодов, увядание цветков и опадение листьев и плодов . Этилен также способствует прорастанию некоторых злаков и прорастанию луковиц и картофеля. Он отвечает за поникание листьев и прорастание почек картофеля. В однодомных растений этилен способствует образованию женских цветков, тогда как гибберелловая кислота способствует образованию мужских цветков. Этилен опосредует тройную реакцию , которая заставляет побеги сеянцев, погребенных под мусором, укорачиваться и расширяться, а также изгибаться горизонтально. Это позволяет стреле проталкиваться сквозь обломки. Этилен вызывает удлинение стеблей у риса и других растений, погруженных в воду. Он способствует расщеплению абсцизовой кислоты (АБК) и, таким образом, снимает ингибирование АБК гибберелловой кислоты.

Созревание фруктов

По мере приближения к зрелости многие фрукты (например, яблоки, апельсины, авокадо) выделяют этилен. Во время созревания плодов этилен стимулирует превращение крахмала и кислот в сахара. Некоторые люди хранят незрелые фрукты, такие как авокадо, в запечатанных бумажных пакетах, чтобы ускорить их созревание; газ, выделяемый первым созревающим плодом, ускорит созревание остальных плодов.

Опадение

Этилен вызывает опадение листьев, плодов и цветочных лепестков. Когда уровень ауксина снижается, этилен запускает старение и, в конечном итоге, запрограммированную гибель клеток в месте прикрепления листа к стеблю. Особый слой клеток — слой абсциссии (зона абсциссии) — образуется у основания черешка или плодоножки (рис. \(\PageIndex{2}\)). В черешках некоторых растений выделяют две части отпадающего слоя: более дистальный разделительный слой и более проксимальный защитный слой. Прежде чем происходит опадение, питательные вещества поглощаются стеблем, поэтому они не теряются вместе с листом. Когда разделительный слой разрушается, лист в этот момент вырывается на свободу, и лист падает на землю контролируемым образом, не причиняя вреда остальной части растения. Защитный слой, армированный суберином, служит уплотнителем.

Опадение листьев особенно важно для лиственных деревьев умеренного пояса осенью. Это жизненно важный ответ на наступление зимы, когда грунтовые воды замерзают и, таким образом, не могут поддерживать транспирацию, а снеговая нагрузка угрожает сломать любые ветки, еще не обросшие листвой.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Слой отпада формируется у основания черешка (как показано) или плодоножки, что в конечном итоге позволяет листьям или плодам падать со стебля. Сосудистая ткань проходит через центр стебля и черешок. Отпадающий слой представляет собой темную полосу клеток у основания черешка.

В условиях засухи немедленной реакцией является закрытие устьиц (см. Абсцизовая кислота). Однако, поскольку закрытые устьица препятствуют газообмену, растения погибнут, если устьица останутся закрытыми слишком долго. Таким образом, если засуха длится слишком долго, растение начнет жертвовать определенными участками, позволяя листьям или стеблям отмирать в определенных регионах. Этот процесс может регулироваться этиленом, который при определенных условиях может вызывать локальную гибель клеток.

Механизм действия этилена

На клеточном уровне этилен может подавлять или стимулировать деление клеток. Иногда он препятствует расширению клеток. В других обстоятельствах он стимулирует латеральное расширение клеток. Наличие этилена определяется трансмембранными рецепторами эндоплазматического ретикулума (ЭР) клеток. Связывание этилена с этими рецепторами запускает сигнальный каскад, который приводит к активации факторов транскрипции и включению транскрипции генов.

Коммерческое применение этилена

Этилен широко используется в сельском хозяйстве. Коммерческие садоводы могут купить оборудование для производства этилена, чтобы их урожай созревал быстро и равномерно. Садоводы подавляют опадение листьев у декоративных растений, удаляя этилен из теплиц с помощью вентиляторов и вентиляции.

Атрибуция

Куратор и автор Мелисса Ха из следующих источников:

• 30.6 Сенсорные системы растений и ответы от Биология 2e от OpenStax (лицензия CC-BY). Доступ бесплатный на openstax.org.
• Гормоны растений и сенсорные системы по биологии 1520 Введение в биологию организмов (лицензия CC BY-NC-SA)
• 16. 5A Абсцизовая кислота (ABA), 16.5B Ауксин и 16.5D Этилен из Биология 80089 90.089 John В. Кимбалл (лицензия CC-BY)

Эта страница под названием 16.5: Ethylene распространяется в соответствии с лицензией CC BY-NC-SA 4.0, ее авторами, ремиксами и/или кураторами являются Мелисса Ха, Мария Морроу и Камми Алжирс (Инициатива открытых образовательных ресурсов ASCCC) .

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Мелисса Ха, Мария Морроу и Камми Алжир

   Лицензия

   СС BY-NC-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   Программа ASCCC OERI

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. сид:биол155
   2. источник[1]-био-5801
   3. источник[2]-био-5801

Гормоны растений: описание большой пятерки

Гормоны – могучие посланники!

Гормоны делают свое дело. Думайте о них как о химических посланниках, которые создаются в одном месте тела и доставляют свое сообщение в совершенно другом месте тела. И так же, как острый соус, немного идет долгий путь. Гормоны обычно встречаются в очень малых концентрациях, но, черт возьми, они наносят удар! Мы знаем, что гормоны вызывают множество изменений в организме человека (ах, половое созревание), но знаете ли вы, что у растений тоже есть гормоны? Растениям не хватает волос на теле, прыщей и изменений голоса, но читайте дальше, чтобы узнать об удивительном влиянии гормонов на рост и развитие растений!

Большая пятерка

Мы рассмотрим пять основных типов растительных гормонов: ауксин, гиббереллин, цитокинин, этилен и абсцизовую кислоту. Эти гормоны могут работать вместе или независимо, чтобы влиять на рост растений.

АУКСИН

Вы видели ауксин в действии. Ну, вы не видели невооруженным глазом саму молекулу ауксина, но вы видели, что она может сделать с растением, выращенным у окна. Вы когда-нибудь задумывались, как растение склоняется к солнечному свету? Ну, это связано с ауксином в стебле. Дарвину и его сыну это тоже было любопытно. (Опубликовано в: Сила и движение растений) Однако в то время они не знали, что именно заставляет растения наклоняться к свету. Сам ауксин не был обнаружен до конца 19 века.20-х годов, и это был первый из 5 основных типов растительных гормонов, которые были изучены. У ауксина много функций, но самое главное, он стимулирует рост, и если растение само по себе не производит ауксин, оно погибнет. Итак, вы можете видеть, что ауксин очень важен. Технический псевдоним ауксина — индол-3-уксусная кислота или IAA (на тот случай, если вы когда-нибудь увидите, что написано «IAA» — это означает то же самое, что и «Auxin»).

Ауксин участвует в росте и расширении клеток, поэтому он вырабатывается в основном в активно растущих частях растения, таких как стебель (в частности, на самой верхушке стебля). Вот тут становится интересно. Ауксин транспортируется (читай: активный процесс — требует энергии) в растении в одном направлении — сверху вниз, как дорога с односторонним движением от кончика стебля к корням. Это единственный растительный гормон, который, как известно, делает это. Поэтому концентрация ауксина самая высокая в верхней части растения и уменьшается по мере приближения к корням, это контролирует общую форму растения и помогает удерживать первичный стебель растения лидером.

Вы когда-нибудь видели, как верхушка одного срезанного ствола дерева прорастает более чем 20 новыми стволами? Это связано с тем, что ауксин поддерживает апикальное доминирование, что предотвращает рост большого количества боковых почек и ветвей на боковой стороне стебля. Когда вы обрезаете первичный стебель растения, источник ауксина удаляется, после чего ни один стебель больше не является доминирующим — апикальное доминирование удаляется.

Вернемся к нашему гибкому растению на подоконнике. Помните, как ауксин участвует в удлинении клеток? Ну ауксин переместится на затененную сторону стебля растения и заставит эти клетки расти длиннее, в то время как клетки на солнечной стороне растения останутся того же размера. Это заставит растение наклониться в одну сторону – к солнцу!

ГИББЕРЕЛЛИН

Гиббереллин вызывает в растениях эффекты, схожие с действием ауксина, но это совершенно другой гормон. Гиббереллины были обнаружены в Японии. Гриб под названием Gibberella fujikuroi заразил растения риса, из-за чего они выросли слишком высокими и упали. Инфекционный грибок произвел химическое вещество, которое стимулировало рост растений риса. Химическое вещество было выделено и названо Гиббереллином в честь грибка. Позже было обнаружено, что растения естественным образом производят вариации этих химических веществ!

Гиббереллины играют важную роль на нескольких стадиях развития растений, но их известность связана с удлинением стеблей. Гиббереллины способствуют удлинению стебля между узлами на стебле. Узел — это место на стебле, к которому прикрепляется лист, поэтому гиббереллины удлиняют междоузлия. Легче всего увидеть отсутствие гиббереллина у карликовых и розеточных растений: между узлами на стебле очень мало места, а листья сгруппированы по направлению к основанию растения.

Что хорошего в том, чтобы знать, как контролировать удлинение стебля у растений? Ну, а когда полезно знать, как сделать стебель растения короче или длиннее? Биологи могут запретить растениям в теплице производить гиббереллины, чтобы сохранить их приемлемый размер. Это удобно. Или что, если вы фермер и ваш бизнес связан со стеблем растения? Более длинные стебли принесут вам больше прибыли, верно? Гиббереллины, распыляемые на сахарный тростник на Гавайях, удлиняют стебель между узлами. Более длинные стебли означают больше хранимого сахара. Больше сахара для продажи означает больше монет! Знание растительных гормонов просто копейки!

ЦИТОКИНИН

Кто знал, что рыба может сыграть роль в открытии растительного гормона? ДНК спермы состарившейся сельди может способствовать делению клеток. Молекула, отвечающая за это, была названа кинетином. Вскоре после этого в растениях было обнаружено вещество, обладающее таким же биологическим действием, как и кинетин: оно стимулировало деление растительных клеток при культивировании с ауксином. Вещество было названо цитокинином, и оно участвует в делении клеток и в создании новых органов растений, таких как корень или побег. Цитокинины вырабатываются в апикальных меристемах корней (на самом кончике корней) и перемещаются вверх, цепляясь за воду и поднимаясь по стеблю через ксилему. Движение цитокининов пассивно – оно не требует энергии!

Цитокинины подобны источнику молодости растений. Они задерживают старение или естественный процесс старения, который приводит к гибели растений. В клеточном цикле цитокинины способствуют переходу из фазы G2 в фазу М. Другими словами, они стимулируют деление клеток!

Цитокинины также участвуют в восстановлении. Если растение поранилось, оно может восстановиться с помощью цитокининов и ауксина. Помните, как некоторые гормоны действуют вместе, воздействуя на растения? Ну а если концентрации ауксина и цитокинина равны, то будет происходить нормальное деление клеток. Если концентрация ауксина больше цитокинина, то образуются корни. Если концентрация ауксина меньше цитокинина, то образуются побеги.

ЭТИЛЕН

Вы когда-нибудь замечали, что если положить очень спелый коричневый банан рядом с гроздью зеленых бананов, незрелые бананы созреют и пожелтеют намного быстрее? Как это происходит? Ну, коричневый банан общается с зелеными бананами с помощью гормона под названием этилен. Этилен — растительный гормон, влияющий на созревание и гниение растений. Это особенно интересный растительный гормон, потому что он существует в виде газа. Ни один другой растительный гормон не является газообразным! Этилен может производиться почти в любой части растения, он может диффундировать через ткани растения, выходить за пределы растения и перемещаться по воздуху, воздействуя на совершенно другое растение. Как это круто!

Вот как это было обнаружено. Фермеры, выращивающие помидоры, заметили, что с их посевами происходит что-то странное. Когда-то многие фермеры использовали керосиновые обогреватели в своих теплицах для обогрева воздуха, чтобы они могли выращивать помидоры зимой. С появлением электричества некоторые фермеры перешли на новые модные электрические обогреватели, но вскоре обнаружили, что их помидоры не готовы к сбору в то же время, как если бы теплицы обогревались керосиновыми обогревателями. При горении керосина в обогревателях образуется молекула, похожая на этилен, которая синхронизирует созревание помидоров!

Для образования этилена требуется кислород, и сельскохозяйственная промышленность использовала эту лакомую информацию в своих интересах. Если вы контролируете парциальное давление кислорода и углекислого газа в грузовике, перевозящем продукты (особенно с низким содержанием O2 и высоким содержанием CO2), вы можете предотвратить синтез этилена и, таким образом, замедлить процесс созревания. Это полезно, когда фрукты и овощи выращивают в одном регионе мира, а затем отправляют за много миль для продажи. Производители не хотят, чтобы их продукция испортилась еще до того, как вы ее купите!

АБСЦИЗОВАЯ КИСЛОТА

Когда нашему телу нужна вода, мы чувствуем жажду. «Сигнал жажды» означает, что мы обезвожены и нам нужно выпить воды. Когда растению нужна вода, например, во время засухи, у него не так много вариантов. О танце дождя не может быть и речи. Растения производят химический мессенджер, называемый абсцизовой кислотой, чтобы предупредить остальную часть растения о том, что ему не хватает воды. Абсцизовая кислота образуется в засохших листьях, засохших корнях и развивающихся семенах, и она может перемещаться как вверх, так и вниз по стеблю растения в ксилеме или флоэме, поднимая тревогу.

Вспомните транспорт в растениях. Как вода обычно перемещается по растению? (Напоминание: почва -> корни -> стебель -> листья -> воздух) Молекулы воды выходят из растения через крошечные поры в листьях, называемые устьицами. У каждой стомы (в единственном числе) есть два телохранителя в форме фасоли по обе стороны от поры, чья работа заключается в открытии и закрытии стомы. Когда замыкающие клетки полны воды или набухли, устьица открыты. Когда вода покидает замыкающие клетки, они становятся дряблыми, и устьица закрываются.

Теперь представьте, что вы жаждущее растение. Дождя не было несколько недель, и в почве вокруг ваших корней нет влаги. У вас опасно заканчивается вода. Что вы можете сделать, чтобы не потерять больше драгоценной воды? Закройте устьица! Как это делают растения? Абсцизовая кислота попадает в защитные клетки, посылая сигнал о нехватке воды. Защитные клетки привлекают внимание, и поток заряженных частиц выходит из защитных клеток, что впоследствии приводит к тому, что вода внутри защитной клетки также уходит. Замыкающие клетки сморщиваются, а устьица закрываются! Вода больше не может выходить из растения через устьица.

Это краткий обзор пяти основных типов растительных гормонов: ауксина, гиббереллина, цитокинина, этилена и абсцизовой кислоты. Помните, что гормоны — это маленькие мощные химические мессенджеры, но они потеряют свою эффективность, если будут накапливаться в тканях растения. Поэтому со временем они ломаются и заменяются.

Можно еще многое узнать о растительных гормонах! Отличный учебник для тех, кто хочет узнать все замечательные мельчайшие детали, — это «Физиология растений» Тайца и Зейгера.