Гормоны роста растений: их виды, секреция и применение в сельском хозяйстве

Растения – это не просто скопление клеток, которые бессистемно размножаются и беспорядочно растут. Это высокоорганизованная форма, где основные видоизменения контролирует особый вид органических соединений – гормон роста растений.

Что такое гормон роста

Гормоны роста или фитогормоны, как известно из курса биологии, – это низкомолекулярные органические вещества, координирующие онтогенез растения и участвующие в процессах взаимодействия его клеток, тканей и органов.

Опыты с различными культурами показали, что нарушение соотношения фитогормонов может привести к неконтролируемому росту и образованию опухолевой ткани, тогда как надлежащая концентрация позволит при ограниченном наборе клеток вырастить полноценное растение со здоровой корневой системой, стеблем и всеми необходимыми органами.

В отличие от животных, у которых есть железы внутренней секреции, растения не имеют специальных органов для выработки гормонов. Эти органические соединения продуцируют непосредственно клетки, при этом в зависимости от вида фитогормонов выделяют и зоны их  выработки. Секреция одних видов происходит в верхней части растения, другие вырабатываются в корневище, третьи – в листьях или в семенах.

Открытие гормонов роста приходится на 20-е годы прошлого века, хотя версии об их существовании высказывались еще в 1880 году Чарльзом Дарвином и Юлиусом фон Саксом. Основные исследования были начаты только в 30-ых годах в Голландии и Японии.

Химический состав и структура гормонов роста на данный момент изучены очень слабо. По одной из версий строение этих органических веществ напоминает гены, которые, так же как и фитогормоны, участвуют в образовании информационной РНК.

Основные функции регуляторов роста и развития

Фитогормоны в жизни растений играют одну из важных ролей. Они управляют почти всеми процессами роста и развития культуры, а именно:

• стимулируют прорастание семян;
• влияют на процессы клеточного деления;
• отвечают за образование корней на черенках, разрастание корневой системы;
• ускоряют развитие побегов;
• влияют на интенсивность цветения;
• регулируют плодообразование;
• отвечают за процессы торможения и увядания.

Фитогормоны роста влияют на растение в целом. Они легко перемещаются по транспортным путям (сосудам) и в зависимости от вида дополняют действие друг друга в рамках самых разных биохимических процессов.

Функции регуляторов роста зависят не только от их вида, но и от зоны воздействия, типа растительной ткани, в которой они вырабатывались и факторов окружающей среды.

Фитогормоны также способны образовывать специальные комплексы, которые изначально пребывают в состоянии покоя, и активируются только при возникновении необходимых для пробуждения условий.

Виды гормонов

В зависимости от типа функций и особенностей химической структуры выделяют следующие категории гормонов роста:

• ауксины;
• цитокинины;
• гиббереллины;
• брассиностероиды;
• жасмонаты;
• салицилаты;
• стриголактоны;
• абсцизовая кислота (абсцизины);
• этилен.

Однако это не окончательный перечень стимуляторов роста, которые вырабатывает само растение. Процесс открытия новых гормонов все еще продолжается.

Ауксины

Ауксины продуцируются и накапливаются в верхушечных тканях растения, то есть в зонах быстрого деления клеток. Отсюда по транспортной системе они перемещаются в корневую систему.

Если говорить о спектре действия этого вида фитогормонов, то он может быть представлен следующим маршрутом:

1. Образование ауксионов в верхушечном отделе побега.
2. Транспортировка вниз по стеблю с последующим подавлением развития боковых отростков.
3. Стимуляция роста боковых корней.
4. Участие в образовании цитокининов в апексе корня.

Большую роль играет концентрация ауксинов. В чрезмерной дозировке этот гормон стимулирует рост стебля, но при этом препятствует процессам корнеобразования.

Второе название ауксинов – «гормоны направлений». Они отвечают за растягивание клеток, таким образом, влияя на вектор направления роста растения. Например, при одностороннем освещении можно увидеть, как растение словно тянется к свету. Это визуальное подтверждение работы ауксинов, которые заставляют побег изгибаться в направлении источника освещения. Такое явление называется «фототропизм».

Помимо этого, ауксины являются причиной апикального доминирования – явления, при котором происходит стимуляция роста верхушечной почки и одновременная задержка развития боковых почек. Апикальное доминирование лучше всего демонстрируют хвойные деревья, которые имеют выраженную устремленную вверх форму. Ауксины также влияют на рост завязей, процессы опыления и формирования плода.

Цитокинины

Кинины, в отличие от ауксинов стимулируют не растяжение, а деление клеток. Этот вид гормонов вырабатывается в корневой системе и уже оттуда доставляется в побеги. Цитокинин можно назвать зеркальным отражением ауксина.  В отличие от последнего он, наоборот, подавляет развитие боковых корневых отростков, и при этом стимулирует развитие боковых побегов.

Достигнув верхушечной зоны растения, кинины включаются в процесс образования ауксинов. Получается своеобразный круговорот, где оба вида стимуляторов тесно связаны и зависят друг от друга.

Цитокинины обладают еще одним важным свойством. Они способны замедлять процессы увядания. Этот вид гормонов удерживает в клетках аминокислоты, которые участвуют в белковом ресинтезе. Благодаря этому происходит постоянный процесс обновления тканей. Ресинтез особенно важен для листовых овощей, ведь именно благодаря этому процессу они дольше сохраняют товарный вид.

Гиббереллины

Место образования гиббереллинов – листовые зачатки (примордии). Именно оттуда по транспортным каналам они доходят до остальных органов растения. Начальный запас гиббереллинов сосредоточен еще в семени. Этот вид фитогормонов стимулирует рост междоузлий, которые, как правило, не затрагивают ауксины и кинины.

Гиббереллины частично отвечают за прорастание семени, начало цветения, закладку пола, опыление и другие вегетативные процессы. Самая важная функция, которую осуществляют эти гормоны – стимуляция завязеобразования. Поэтому в сельском хозяйстве их нередко используют для ускорения созревания плодов.

Брассиностероиды

Хоть и в малых количествах, но брассиностероиды можно обнаружить в каждой растительной клетке. На сегодняшний день открыто более 60 видов этих фитогормонов.

Функции брассиностероидов изучены лишь частично. Ученые выяснили, что эти органические соединения способны усиливать действие других гормонов, таким образом продлевая рост, ускоряя клеточное деление, усиливая реакцию тропизма (направление роста). Брассиностероиды в первую очередь участвуют в формировании иммунитета растения, повышают чувствительность к освещению, улучшают адаптивные характеристики.

Жасмонаты

Этот вид фитогормонов играет две основные роли: защищает от неблагоприятных факторов окружающей среды и участвует в ряде процессов вегетации.

Защитная функция включает в себя:

• поддержание водного баланса и упругости клеток (в комбинации с абсцизинами);
• активация процессов регенерации растительных тканей (работает вместе с этиленом).

В процессе вегетации жасмонаты:

• подавляют процесс образования хлоропластов;
• создают белковые резервы в посадочном материале (семенах, клубнях, луковицах).

До недавнего времени жасмонаты использовались при создании активаторов роста, однако в состав современных препаратов входят теперь более эффективные гормоны.

Салицилаты

Такую защитную функцию, но с более узкой специализацией выполняют и салицилаты. Их действие направлено конкретно на борьбу с патогенными микроорганизмами. Наиболее эффективны они в синергизме с жасмонатами и этиленом.

При повреждении растительных тканей патогенными микробами активируется следующая цепочка реакций:

1. Запускается механизм сверхчувствительности, который ускоряет гибель поврежденных участков ткани, лишая, вредителей источника их питания.
2. Активируется синтез PR-белков, которые подавляют патогены и стимулируют работу иммунной системы растения.

Самым известным салицилатом является салициловая кислота, которая применяется в качестве местного антисептика.

Абсцизины

В отличии ото всех вышеперечисленных видов фитогормонов абсцизины или абсцизовая кислота не стимулирует, а тормозит жизнедеятельность растения. Это органическое вещество работает и при наступлении срока увядания и при общем ухудшении условий окружающей среды.

Спектр действий абсцизинов следующий:

• тормозит все реакции (рост побегов, раскрытие почек, транспирация);
• стимулирует опадание листвы;
• блокирует апикальное доминирование (рост верхушечной почки).

Именно абсцизовая кислота помогает сохранить семена в состоянии покоя, не позволяя им прорастать и контролируя в них содержание влаги.

Этилен

Этилен уникален хотя бы тем, что способен образовываться во всех типах растительных тканях на всех стадиях вегетации культуры. Выработка этилена повышается при механических повреждениях, атаках вредителей и болезней.

В комбинации с другими фитогормонами этилен способен:

• запускать механизмы защитных реакций;
• ускорять регенерацию тканей;
• подавлять патогенные микроорганизмы;
• ускорять опадение цветков и формирование завязей.

В последнюю фазу вегетации вместе с абсцизинами этилен тормозит процессы роста.

Помимо вышеперечисленных в число фитогормонов входят стриголактоны, олигосахарины и полипептиды, которые также обладают рядом специфических функций. Например, стриголактоны тормозят рост боковых побегов при дефиците азота и в то же время привлекают к корням грибы-симбионты, которые восполняют недостаток этого элемента.

Олигосахариды активно участвуют в процессе созревания, а полипептиды стимулируют иммунитет, участвуют в процессах клеточного деления и образование боковых корней и побегов.

Применение фитогормонов

По характеру воздействия все фитогормоны можно условно разделить на стимуляторы (ускоряющие рост) и ингибиторы (замедляющие развитие). Ярким примером стимуляторов являются ауксины и цитокинины, а образцом ингибиторов выступают абсцизины.

Особенно широко применение фитогормонов в сельском хозяйстве. Однако учитывая промышленные масштабы производства, в агрокомплексах чаще всего используются синтетические аналоги. Они безопасны, экологичны и сертифицированы, а значит, допущены к использованию в частных хозяйствах.

Синтетические препараты отличаются друг от друга спектром действия. Так, например, для роста и укрепления корневой системы используют средства «Корнерост», «Корневин» и «Домоцвет». Усилить надземную часть растения можно с помощью «Эпин-Экстра» и «Гиббор-М». Улучшают иммунитет такие препараты, как «Циркон» и «Иммуноцитофит», а ускоряют рост побегов «Атлет» и «Алар».

Средства на основе фитогормонов можно применять в качестве дополнительного удобрения как уличных, так и домашних растений. Их главное преимущество – экологичность. Они абсолютно безопасны для животных и насекомых-опылителей.

Дозировка

Один из важнейших вопросов применения стимуляторов – это дозировка. Необходимо понимать, что при дефиците гормонов нужного эффекта добиться не получится.

Однако не менее опасна и передозировка средства. Она может привести к замедлению роста, потери декоративности культуры и, в худшем случае, к гибели растения. Поэтому так важно следовать инструкции и соблюдать все рекомендации по изготовлению раствора и норме его расхода.

Как правильно использовать гормональные препараты

Фитогормоны работают лишь тогда, когда растение испытывает их дефицит. Дополнительная обработка гормональными растворами никак не повлияет на рост и развитие здоровой культуры.

При использовании подобных средств необходимо помнить, что растворы с фитогормонами теряют свои свойства спустя пару после их приготовления, поэтому делать их необходимо непосредственно перед использованием.

Не рекомендовано одновременно применять сразу несколько видов средств, содержащие разные виды стимуляторов. Это может спровоцировать передозировку и негативно повлиять рост и развитие культуры.

Важное значение играет и среда раствора. Например, ауксин не работает при растворении его в щелочной среде. Ну и главное, о чем нужно помнить – стимуляторы роста не являются альтернативой основных видов удобрения. Не стоит забывать про обязательные минеральные подкормки, необходимые для жизни растения.

Виды обработки

Искусственная гормональная стимуляция чаще всего проводится в виде полива или опрыскивания зеленой части растения. Стимуляторы роста также можно использовать как раствор для замачивания семян, клубней или луковиц перед посадкой.

Нередко таким же образом обрабатываются и черенки. Синтетические активаторы роста нередко применяются как «скорая помощь» при обморожениях или механических повреждениях.

Фитогормоны играют значительную роль в жизни растений. Грамотное использование стимуляторов и ингибиторов позволит контролировать процесс роста, ускорять плодоношение и повышать урожайность.