Гиббереллины это в биологии кратко

Обновлено: 02.07.2024

Гиббереллин это тип растение и грибковые гормон, Хотя его роль в развитии грибов не так ясно понята, он был тщательно изучен на растениях. Гиббереллин является одной из 5 основных групп гормоны растений другими являются ауксины, цитокинины, этилен и абсцизовая кислота.

Гиббереллин был первоначально очищен и идентифицирован японскими учеными, изучавшими грибковое заболевание риса в 1930-х годах. К концу десятилетия они извлекли гиббереллин из гриба, поражающего посевы риса. При применении извлеченного гиббереллина решение к здоровым культурам они заметили, что это имело тот же эффект. Дальнейшие испытания в Соединенных Штатах в 1940-х и 50-х годах выявили еще много функций гиббереллина. Гиббереллин обладает способностью преодолевать покой в семенах, увеличивать длину клеток и стимулировать деление, и даже играет гормональную и сигнальную роль в процессах плодоношения и старения.

Функция Гиббереллина

Прорастание семян

Спящее семя является сухим, и, таким образом, метаболическая активность может быть незначительной или практически отсутствует. Это позволяет семени оставаться в состоянии покоя в течение длительного периода времени. Большинство семян, пережив зиму, весной подвергаются воздействию дождя. Эта вода насыщает семена и позволяет возобновить обменные процессы. Гиббереллин является важным гормоном в этом процессе.

Как эмбрион начинает расти, ему нужен доступ к большему количеству энергии. Эмбрион высвобождает молекулы гиббереллина, которые попадают в алейроновый слой, который окружает эндосперм. Эндосперм – это большая масса клеток, в которых хранятся крахмал, жиры и белки для развивающегося эмбриона. Слой алейрона, получив сигнал от молекул гиббереллина, начинает продуцировать ферменты для расщепления эндосперма и обеспечения питательными веществами растущего эмбриона.

Молекулы гиббереллина действуют по нескольким путям, большинство из которых увеличивают ДНК транскрипция для определенных генов, которые производят необходимые ферменты. Слой алейрона высвобождает ферменты амилазы, которые превращают молекулы крахмала в глюкозу. Глюкоза является основным источником энергии для растущего эмбриона, и она еще не проросла, поэтому она не может производить глюкозу через фотосинтез, Молекулы гиббереллина также стимулируют выработку и высвобождение протеаз, предназначенных для расщепления белков в аминокислоты и липазы, которые расщепляют молекулы липидов, такие как жиры и масла. Вместе эти ферменты переваривают эндосперм и позволяют эмбриону быстро расти.

Удлинение стержня и другие функции

Как только растение проросло поверхность почвы, эндосперма уже давно нет. Растение теперь должно полагаться на фотосинтез в пищу. Однако роль гиббереллина не останавливается на семени. Гиббереллин отвечает за многие аспекты развития растений. Кроме того, растения производят много форм молекул гиббереллина, которые действуют на разные части растения. На изображении ниже вы можете увидеть эффекты конкретного гиббереллина, примененного к растению.

В № 1 гиббереллин не применялся. На растения 2 и 3 применяли гиббереллины, причем растение 3 получало наибольшую дозу. Гиббереллин здесь побуждает растения увеличивать длину междоузлия или длину между листьями. У многих растений регуляция гиббереллина является важным естественным процессом, который регулирует их высоту благодаря этому процессу. На клеточном уровне гиббереллин влияет на баланс белков. При этом он поощряет клетка рост и удлинение в стеблях и между узлами.

В некоторых вид растения гиббереллин участвует во многих других процессах. К ним относятся цветение, плодоношение и старение, или естественная гибель листьев и других частей растения. Интересно, что на многие гены, которые регулируют и регулируют уровни гиббереллина, влияет температура. Таким образом, когда температура изменяется во время сезонных изменений, растения реагируют на это, когда уровни гиббереллина изменяются. Это запускает многие процессы, такие как цветение и плодоношение.

Молекулы гиббереллина участвуют и взаимодействуют с другими растительными гормонами. ауксин Уровень, например, напрямую связан с уровнем гиббереллина, и оба дополняют друг друга. Этилен, с другой стороны, имеет тенденцию ухудшать уровни гиббереллина. Растения используют эти гормоны, которые реагируют на различные входы, чтобы сбалансировать и реагировать на входы из окружающей среды. Эти входные сигналы сигнализируют о различных условиях окружающей среды, которыми завод стремится воспользоваться.

Структура гиббереллина

Молекулы гиббереллина разных типов синтезируются во многих разных частях растения. В настоящее время существует более 100 уникально идентифицируемых молекул гиббереллина. Эти молекулы синтезируются во многих клетках растения, но имеют тенденцию концентрироваться в корнях. Это отличается от ауксина, который имеет тенденцию концентрироваться на вершине.

Гиббереллин представляет собой дитерпеноид, который является широко известным и широко представленным молекула в биохимия, Он составляет основу таких молекул, как витамин А и витамин Е. Ниже представлен гиббереллин А1, который был первым идентифицированным гиббереллином.

Другие гиббереллины имеют такую же основную структуру, но имеют различные боковые группы. Эти группы влияют на то, где и как действует гиббереллин, и именно поэтому гиббереллин может иметь так много разнообразных и уникальных функций в разных тканях.

Коммерческое использование гиббереллина

Коммерчески гиббереллин получают из грибы, а не растения. Растения вырабатывают очень мало гиббереллина, и их одинаково трудно выращивать по сравнению с грибами. Продукция грибов гиббереллина активна на растениях и может привести к их прорастанию из семян или увеличению длины междоузлия. Несмотря на то, что гиббереллин все еще не коммерчески выгоден на всех растениях, он используется для различных продуктов питания человека.

Например, виноград без косточек с трудом становится очень большим без применения гиббереллина. Молекулы гиббереллина обычно распыляются на виноградные лозы, где они увеличивают количество воды и сахара, хранящихся в каждом фрукте. Это отлично подходит для виноградников и виноградарей, которые могут значительно увеличить свой урожай.

Интересно, что еще одно применение гиббереллина заключается в удалении его из растений. Полударфийский рис, вид, который растет быстро и эффективно, был разработан путем отбора штаммов, у которых были уничтожены генетические коды для получения молекул гиббереллина. Это эффективно сделало растения дефицитными гиббереллина и значительно уменьшило их высоту. Хотя это может показаться плохим, рис на самом деле растет намного быстрее и производит такое же количество риса. Еще одно использование гиббереллина включает использование его на цветках огурца, где он продвигает все мужские цветы. Это позволяет фермерам получить Цветочная пыльца желаемого сорт, для использования в гибридизации с другими сортами. Слаборазвитое, но интересное применение гиббереллина заключается в устранении требования холода к цветам. Как правило, холодное заклинание требуется для стимулирования производства гиббереллина на заводе. Благодаря непосредственному распылению гормона этого процесса можно избежать, и декоративные растения будут цвести напрямую.

викторина

1. Фермер выращивает два растения томата. Один он позволяет расти естественно, только регулярно его поливая. Другое растение он дополняет гиббереллином. Что из следующего НЕ является возможным результатом?A. Растение гиббереллин будет вышеB. Листья растения гиббереллина будут намного крупнее обычного растенияC. Растение гиббереллин может погибнуть

Ответ на вопрос № 1

В верно. Гиббереллин является сложным гормоном. Это, вероятно, сделает растение более высоким за счет клеточного удлинения, но также может привести к гибели растения, если его будет слишком много. Гиббереллин обычно не влияет на размер листьев.

2. Ученый испытывает гиббереллин на некоторых семенах. Одна партия семян оставлена в качестве контроля, без обработки. Другая партия опрыскивается концентрированной обработкой гиббереллином. Каков ожидаемый результат?A. Контрольные семена будут прорастать меньше и медленнееB. Обе группы прорастут, но семена гиббереллина будут более крупными растениямиC. Ни одна группа не прорастет, но по разным причинам

Ответ на вопрос № 2

верно. Гиббереллин, на этой стадии развития растений, быстро помогает разрушить эндосперм и дает мощный импульс для рассады. Если ученый не будет продолжать применять гиббереллин, вполне вероятно, что саженцы станут нормальными растениями после того, как они прорастут.

Ответ на вопрос № 3

верно. В этом случае растению необходимо устранить повреждения и разработать новый бутон. Гиббереллин отвечает за рост стебля. Пока почка не установлена, направления роста нет, и любое удлинение ствола будет бессмысленным и потреблять энергию без необходимости. Когда создается новый бутон, уровни ауксина и гиббереллина повышаются, и растение продолжает расти.

Основные места синтеза гиббереллинов – молодые листья и листовые примордии, но они также могут синтезироваться и в корнях. По типу пути биосинтеза гиббереллины относятся к дитерпеноидам. Их образование проходит в трех различных компартментах клеток растений под влиянием различных факторов, таких как ауксин и сигналы от фитохромов. Несколько начальных этапов синтеза являются одинаковыми для всего дитерпеноидного ряда веществ. В пластидах происходит конденсация четырех изопреновых (изопентинилпирфосфат, диметиаллилпирофосфат) фрагментов с образованием типичной дитерпеноидной структуры, которая в дальнейшем претерпевает циклизацию с образованием энт-каурена, имеющего общий для всей группы гиббановый скелет. Энт-каурен выходит из пластиды и направляется к ЭПР, на мембране которого проходит несколько этапов окисления. Дальнейшее окисление и преобразование промежуточного продукта в разнообразные гиббереллиновые формы, в том числе, ГК₁ и ГК_4, происходит в цитоплазме.

Гиббереллины – это самый многочисленный класс растительных гормонов, их известно более сотни. Существуют как активные, так и неактивные формы, функции которых до сих пор неизвестны. При этом в разных растениях могут быть активны различные молекулы, а в одном растении может быть найден не один десяток гиббереллиноподобных веществ, но активным среди них будет только одно. Главными и наиболее распространенными природными гиббереллинами являются ГК1 и ГК4.

Транспорт гиббереллинов по растению идет в основном неполярно, по флоэме и ксилеме, на небольшие расстояния - путем диффузии. Таким образом, миграция гормона происходит во всех направлениях от точки синтеза.

Эффекты гиббереллинов довольно схожи с эффектами ауксинов, однако есть и различия.

Гиббереллины действуют в основном на интеркалярные (вставочные) меристемы и поэтому в значительной мере способствуют удлинению междоузлий, расположенных рядом с молодыми листьями (так как это – место синтеза гормона). Это особенно важно, например, в фазу видимого роста, которая наступает весной в средней полосе. Очевидно, что чем крупнее лист, тем больше гормона в нем сможет образоваться, и, соответственно, тем длиннее будет его междоузлие. Это позволяет объяснить наличие особой структуры у растений с закрытыми почками – почечного кольца. Чешуи почки не вырабатывают гормон, поэтому интеркалярная меристема в междоузлиях не работает. При обработке гиббереллинами капусты (рис.3), вместо формирования апикальной почки - кочана, будет наблюдаться сильное вытягивание побегов с растянутыми междоузлиями.

Гиббереллины могут выступать в роли стимуляторов цветения. В розеточных растениях междоузлия у листьев прикорневой розетки очень короткие, а на цветоносном побеге - длинные. Видимо, синтезируемые крупными листьями розетки гиббереллины начинают действовать не в месте образования, а преимущественно транспортируются в верхние части растения. Синтез гиббереллинов в данном случае связан с изменением длины светового дня. Таким образом, можно вызвать цветение длиннодневных растений даже при недостаточной длине светового дня, обработав их гиббереллинами.

Механизмы удлинения междоузлий пока в основном остаются неясными. Известно, что гиббереллины способны, как и ауксины, запускать образование фермента (ксилоглюканэндотрансгликозилаза), расщепляющего сшивочные глюканы клеточной стенки, но без закисления среды.

Блокаторы гиббереллинов, а также мутантные растения с нарушениями синтеза этого гормона широко используются в сельском хозяйстве, где с их помощью повышают урожай относительно биомассы, и в декоративном растениеводстве - для создания карликовых форм.

Стимуляция роста корня с блокадой ризогенеза (образования боковых корней). Тут наблюдается эффект, противоположный действию ауксинов в высоких концентрациях.
Прорастание семян. Основной эффект гиббереллинов заключается в том, что они запускают мобилизацию и переработку запасных веществ в семенах в ответ на внешние стимулы (свет, температура). К этим процессам относятся, например, запуск окисления жиров и их преобразование в сахара через глиоксилатный цикл у тыквенных, преобразование гранул запасных белков у бобовых, гидролиз крахмала до глюкозы у злаковых и так далее. Процент проросших семян, луковиц, клубней и скорость их прорастания возрастает с увеличением концентрации гиббереллинов. Наиболее важным и хорошо изученным эффектом, который оказывают эти гормоны, является прорастание зерновок злаковых, а точнее – ячменя (на этом основано производство пива).

Зерновка злака (рис.5) - это сухой монокарпный плод с приросшим к семенной кожуре околоплодником. Внутри находится триплоидный эндосперм. Он состоит из мертвых остатков клеток и запасает крахмал, только наружный слой, который называется алейроновым, представлен живыми клетками, богатыми белками. Зародыш контактирует с эндоспермом через специализированную структуру – щиток. При инициации прорастания из щитка в эндосперм выделяются β–амилазы и гиббереллины, которые, попадая в алейроновый слой, вызывают синтез амилаз (α-амилазы). α-амилазы расщепляют крахмал до глюкозы, β–амилазы - до мальтозы, которую мальтаза затем расщепляет до глюкозы. Помимо этого, в алейроновом слое при связывании гиббереллинов с рецепторами в плазматической мембране образуются глюканазы, разрушающие сшивочные глюканы, протеазы, РНКазы. ГК, действуя на мембранный рецептор, вызывают внутриклеточный каскад реакций (рис.5В), приводящий к снятию ингибирования транскрипции генов ферментов с одной стороны и к секреции ферментов - с другой. Протеазы расщепляют белки до аминокислот, из которых и синтезируются ферменты. Синтезированные амилазы секретируются алейроновым слоем и гидролизуют крахмал эндосперма. Далее глюкоза будет поглощаться зародышем через щиток. Чем ниже уровень синтеза гиббереллиновых кислот, тем меньше всхожесть семян и тем менее качественным сырьем для производства солода они являются.

Гиббереллины — группа гормонов растений, регулирующих рост и разнообразные процессы развития такие как: удлинение стебля, прорастание семян, цветение, проявление пола. Кроме того гиббереллины посредствам DELLA белков участвуют в ответах на разнообразные стрессоры (засоление, затопление).

Содержание

Химическая структура и классификация

В отличие от ауксинов, критерием отнесения вещества к группе гиббереллинов является скорее соответствие определенной химической структуре нежели наличие биологической активности. У растений, грибов и бактерий найдено 136 различных, близких по строению, веществ, относимых к группе гиббереллинов. Таким образом, гиббереллины – самый обширный класс фитогормонов. Гиббереллины представляют собой производные энт-гиберреллана и являются дитерпеноидами, однако предшественником биосинтеза служит энт-каурен. Гиббереллины могут иметь тетра- или пентациклическую структуру (дополнительное пятичленное лактонное кольцо) и соответственно содержат 20 (C₂₀-гиббереллины, например ГК₁₂) или 19 (C₁₉-гиббереллины) атомов углерода. Большинство гиббереллинов – кислоты и поэтому принято обозначние ГК (гибберелловая кислота) с индексом означающим порядок открытия, например ГК₁, ГК₃. Индекс никаким образом не отражает близость химической структуры или положения в метаболических путях. Несмотря на многообразие гиббереллинов значительной биологической активностью обладает несколько соединений (ГК₄, ГК₁, ГК₇, ГК₃), остальные являются предшественниками биосинтеза или неактивными формами. В экспериментальной работе наиболее часто используется ГК₃. Гиббереллины неустойчивы и быстро разрушаются в кислой или щелочной среде.

История открытия

Гиббереллины открыты японским учёным Е. Куросава (1926) при исследовании болезни риса (чрезмерном его росте), вызываемой грибом Gibberella fujikuroi Sow. В 1935 японский учёный Т. Ябута выделил гиббереллины из этого гриба в кристаллическом виде и дал им существующее название.

Содержание в растениях

У высших растений наиболее богаты гиббереллинами быстрорастущие ткани; они содержатся в незрелых семенах и плодах, проростках, развёртывающихся семядолях и листьях.

Биохимия гиббереллинов

Гиббереллины — компоненты системы, регулирующей рост растений.

Применение

Гиббереллины применяют в практике растениеводства для повышения выхода волокна конопли и льна, для увеличения размеров ягод у бессемянных сортов винограда, для повышения урожайности трав, стимуляции прорастания семян (обработка гиббереллинами нарушает состояние покоя тканей и оказывает стратифицирующее действие на семена; при естественном выходе семян из состояния покоя содержание эндогенных гиббереллинов повышается) и др. Так как гиббереллины вызывают резкое ускорение роста зелёной массы растений, применение их должно сопровождаться усилением питания растений.

Для ускоренного созревания томатов, черешни, яблок, а также для предотвращения вылегания злаковых культур, используют обработки растений веществами-ретардантами, тормозящими действие гиббереллинов, например, 2-хлорэтилфосфоновой кислотой (этефоном).

Получение

Гиббереллины получают главным образом микробиологическим способом из продуктов жизнедеятельности грибов рода Fusarium.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Гиббереллины" в других словарях:

Гиббереллины — вещества, играющие в фитоценозах роль биолинов, стимулирующих рост и развитие растений. Содержатся в некоторых низших растениях (например, в грибах рода Gibberella). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской… … Экологический словарь

ГИББЕРЕЛЛИНЫ — ГИББЕРЕЛЛИНЫ, вещества органического происхождения (ГОРМОНЫ), содержащиеся в растениях, которые Стимулируют деление клетки, удлинение стебля, преодоление спячки (состояния покоя) растений и семян (которому дает начало выработка энзимов,… … Научно-технический энциклопедический словарь

ГИББЕРЕЛЛИНЫ — группа гормонов растений (фитогормонов). Стимулируют рост и развитие растений, способствуют прорастанию семян. По химической природе дитерпеновые полициклические кислоты; известно св. 60 гиббереллинов, основа гибберелловая кислота. Образуются… … Большой Энциклопедический словарь

ГИББЕРЕЛЛИНЫ — гормоны растений из группы дитерпеноидных к т. Обозначаются ГА1, ГА2, ГА3 (в последовательности выделения и установления строения). Обладая одинаковым молекулярным скелетом, Г. отличаются друг от друга по типу, числу и расположению функц. групп.… … Биологический энциклопедический словарь

гиббереллины — ростовые вещества растений, стимулирующие прорастание семян, рост и растяжение клеток. Известно более 60 различных Г. (дитерпеновые полициклические кислоты). Помимо растений, образуются многими микроорганизмами. Первый Г. (гибберелловая кислота)… … Словарь микробиологии

гиббереллины — группа гормонов растений (фитогормонов). Стимулируют рост и развитие растений, способствуют прорастанию семян. По химической природе дитерпеновые полициклические кислоты; известно свыше 60 гиббереллинов, основная гибберелловая кислота.… … Энциклопедический словарь

Гиббереллины — ростовые вещества растений. Известно 27 Г.; все они принадлежат к тетрациклическим дитерпеноидам и являются карбоновыми кислотами. Основной структурной единицей Г. считается гиббереллин ГК9 (I); остальные Г. рассматриваются как его… … Большая советская энциклопедия

гиббереллины — вещества, стимулирующие рост растений; продукты жизнедеятельности гриба гибберелла, паразитирующего на рисе (половая стадия одного из видов фузариума). Новый словарь иностранных слов. by EdwART, , 2009. гиббереллины ов, ед. гиббереллин, а, м.… … Словарь иностранных слов русского языка

Гиббереллины — мн. Вещества, стимулирующие рост и развитие растений. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

ГИББЕРЕЛЛИНЫ — группа прир. регуляторов роста растений (фитогормонов). Стимулируют деление клеток, рост стебля, ускоряют цветение, задерживают старение листьев и плодов благодаря активированию синтеза нуклеиновых к т и белков. По хим. природе Г. тетрациклич.… … Химическая энциклопедия

Ростовые вещества растений. Известно 27 Г.; все они принадлежат к тетрациклическим дитерпеноидам и являются карбоновыми кислотами. Основной структурной единицей Г. считается гиббереллин ГК₉ (I); остальные Г. рассматриваются как его производные. Г. неустойчивы и быстро разрушаются в кислой или щелочной среде. Наибольшей биологической активностью чаще обладает гибберелловая кислота (ГК₃), отличающаяся от ГК₉ наличием гидроксилов у углеродов (отмечены стрелками) и двойной связью (II): молярная масса 346.39, t_пл 233—235 °C.

Г. открыты японским учёным Е. Куросава (1926) при исследовании болезни риса (чрезмерном его росте), вызываемой грибом Gibberella fujikuroi Sow. В 1935 японский учёный Т. Ябута выделил Г. из этого гриба в кристаллическом виде и дал им существующее название. У высших растений наиболее богаты Г. быстрорастущие ткани; они содержатся в незрелых семенах и плодах, проростках, развёртывающихся семядолях и листьях. Г. — компоненты системы, регулирующей рост растений. Г. ускоряют деление клеток в зоне, непосредственно примыкающей к верхушке стебля, и рост в фазе растяжения. Г. стимулируют рост (главным образом стеблей и черешков) сильнее ауксинов (См. Ауксины); при некоторых условиях они могут ускорять рост листьев, цветков и плодов. Г. стимулируют развитие растений, зависящее от температуры и фотопериода (см. Фотопериодизм), а в определённых условиях — цветение и завязывание плодов. Свет способствует образованию Г. в растении. Отсутствие или избыток Г. определяют некоторые патологические симптомы — карликовость или чрезмерный рост.

Г. применяют в практике растениеводства для повышения выхода волокна конопли и льна, для увеличения размеров ягод у бессемейных сортов винограда, ускорения плодоношения томатов, для повышения урожайности трав, стимуляции прорастания семян (обработка Г. нарушает состояние покоя тканей и оказывает стратифицирующее действие на семена — см. Стратификация семян; при естественном выходе семян из состояния покоя содержание эндогенных Г. повышается) и др. Так как Г. вызывают резкое ускорение роста зелёной массы растений, применение их должно сопровождаться усилением питания растений. Г. получают главным образом микробиологическим способом из продуктов жизнедеятельности грибов рода Fusarium.

Лит.: Гиббереллины и их действие на растения, М., 1963; Леопольд А., Рост и развитие растений, М., 1968; Биохимия растений, пер. с англ., М., 1968.

Читайте также: