Auxin

Ký hiệu: Auxin

Auxin là một hợp chất tương đối đơn giản, có nhân indole, có công thức nguyên là: C10H9O2N, tên của nó là axit β-indol-acetic.

Auxin được tổng hợp ở tất cả các thực vật bậc cao, tảo, nấm và cả ở vi khuẩn. Ở thực vật bậc cao AIA được tổng hợp chủ yếu ở đỉnh chồi ngọn và từ đó được vận chuyển xuống dưới với vận tốc 0,5 – 1,5cm/h.

Sự vận chuyển của auxin trong cây có tính chất phân cực rất nghiêm ngặt, tức là chỉ vận chuyển theo hướng gốc. Chính vì vậy mà càng xa đỉnh ngọn, hàm lượng auxin càng giảm dần tạo nên một gradien nồng độ giảm dần của auxin từ đỉnh ngọn xuống gốc của cây. Ngoài đỉnh ngọn ra auxin còn được tổng hợp ở các cơ quan còn non khác như lá non, quả non, phôi hạt đang sinh trưởng, mô phân sinh tầng phát sinh. Quá trình tổng hợp auxin xảy ra thường xuyên và mạnh mẽ ở trong cây dưới xúc tác của các enzyme đặc hiệu. Axit β-Indol Axetic là loại auxin phổ biến trong cây, được tổng hợp từ tryptophan bằng con đường khử amin, cacboxyl và oxy hóa.

Auxin được tổng hợp thường không ở dạng tự do, mà liên kết với một acid amin (acid aspartic ở Pisum, acid glutamic ở cây cà chua), hay glucid (AIA-glucoz, AIA-thioglucosid, AIA-inositol). Các dạng liên kết này không có hoạt tính auxin nhưng dễ dàng phóng thích auxin theo con đường enzim (bởi sự thuỷ giải kiềm trong thực nghiệm), là các dạng dự trữ (không bị phá huỷ bởi AIA-oxidaz) và vận chuyển của auxin.

* Tính chất sinh lý của auxin

Auxin can thiệp vàp nhiều hiện tượng sinh lý, hoạt động của nó tuỳ thuộc vào nồng độ và các sự hỗ tương qua lại của chúng với các chất điều hoà khác. Một số hoạt động chính của auxin:

– Hoạt động trong sự kéo dài tế bào

Auxin kích thích mạnh sự kéo dài tế bào ở ngọn chồi. Sự kéo dài tế bào là một quá trình phức tạp, kết hợp nhiều hiện tượng: hấp thu nước; dãn dài vách với sức trương; đặt các hợp chất mới của vách giữa các mạng vi sợi cellulos; sinh tổng hợp protein và các chất khác.

Vai trò của auxin là gây nên sự giảm pH của thành tế bào bằng cách hoạt hóa bơm proton ( H+) nằm trên màng ngoại chất. Khi có mặt của auxin thì bơm proton hoạt động và bơm H+ vào thành tế bào làm giảm pH và hoạt hóa enzyme xúc tác cắt đứt các cầu nối ngang của các polysaccarit. Enzyme tham gia vào quá trình này là pectinmetylesterase khi hoạt động sẽ metyl hóa các nhóm cacboxyl và ngăn chặn cầu nối ion giữa nhóm cacboxyl với canxi để tạo nên pectat canxi, do đó mà các sợi cenlulose tách rời nhau.

Ngoài ra, auxin cũng kích thích sự tổng hợp các mRNA – các chất ribosome tham gia vào sự tổng hợp các chất protein.

– Hoạt động trong sự phân chia tế bào

+ Kích thích sự phân chia tế bào tượng tầng

Auxin kích thích rất mạnh sự phân chia tế bào tượng tầng (tầng phát sinh libe – mộc), nhưng hầu như không tác động trên mô phân sinh sơ cấp. Như vậy, auxin tác động trên sự tăng trưởng theo đường kính.

Ở nồng độ cao, auxin kích thích sự tạo mô sẹo từ các tế bào sống nhờ vào chất “histogene” (là chất tạo ra nhiều tế bào giống nhau hoàn toàn). Đây là đặc tính tốt được áp dụng trong nuôi cấy tế bào.

+ Phân hoá mô dẫn

Auxin kích thích phân chia của tượng tầng, đồng thời giúp sự phân hoá của các mô dẫn (libe và mạch mộc). Auxin có khả năng cảm ứng trực tiếp sự phân hoá tế bào nhu mô thành các tổ chức mô dẫn.

– Hoạt động trong sự phát sinh hình thái (rễ, chồi, quả)

+ Kích thích phát triển chồi

Auxin (phối hợp với cytokinin) giúp sự tăng trưởng chồi non và khởi phát sự tạo mô phân sinh ngọn chồi từ nhu mô. Tuy nhiên, ở nổng độ cao, auxin cản sự phát triển của phát thể chồi vừa thành lập hay chồi nách: các chồi bây giờ vào trạng thái tiềm sinh.

Auxin gây hiện tượng ưu thế ngọn: Hiện tượng ưu thế ngọn là một hiện tượng phổ biến ở trong cây. Khi chồi ngọn hoặc rễ chính sinh trưởng sẽ ức chế sinh trưởng của chồi bên và rễ bên. Ðây là một sự ức chế tương quan vì khi loại trừ ưu thế ngọn bằng cách cắt chồi ngọn và rễ chính thì cành bên và rễ bên được giải phóng khỏi ức chế và lập tức sinh trưởng. Hiện tượng này được giải thích rằng auxin được tổng hợp chủ yếu ở ngọn chính và vận chuyển xuống dưới làm cho các chồi bên tích luỹ nhiều auxin nên ức chế sinh trưởng. Khi cắt ngọn chính, lượng auxin tích luỹ trong chồi bên giảm sẽ kích thích chồi bên sinh trưởng.

+ Kích thích phát triển rễ

Auxin ở nồng độ cao kích thích sự tạo sơ khởi rễ (phát thể non của rễ), nhưng cản sự tăng trưởng của các sơ khởi này.  Đặc tính này được ứng dụng phổ biến trong giâm cành. Sự hình thành rễ phụ trong giâm cành có thể chia làm 3 giai đoạn: giai đoạn đầu là phản phân hoá tế bào trước tầng phát sinh, tiếp theo là xuất hiện mầm rễ và cuối cùng mầm rễ sinh trưởng thành rễ phụ chọc thủng vỏ và ra ngoài. Giai đoạn đầu cần hàm lượng auxin cao, giai đoạn rễ sinh trưởng cần ít auxin và có khi không cần có auxin.

+ Kích thích sự hình thành, sự sinh trưởng của quả và tạo quả không hạt

Tế bào trứng sau khi thụ tinh tạo nên hợp tử và sau phát triển thành phôi. Phôi hạt là nguồn tổng hợp auxin nội sinh quan trọng, khuyếch tán vào bầu và kích thích sự sinh trưởng của bầu để hình thành quả. Vì vậy quả chỉ được hình thành khi có sự thụ tinh. Nếu không có quá trình thụ tinh thì không hình thành phôi và hoa sẽ bị rụng. Việc xử lý auxin ngoại sinh cho hoa sẽ thay thế được nguồn auxin nội sinh vốn được hình thành trong phôi và do đó không cần quá trình thụ phấn thụ tinh nhưng bầu vẫn lớn lên thành quả nhờ auxin ngoại sinh. Trong trường hợp này quả không qua thụ tinh và do đó không có hạt.

Auxin được hình thành liên tục trong đỉnh sinh trưởng của thân và rễ cây… (Ảnh: www.nsf.gov)

So sánh quả trong tự nhiên (bên trái) với quả đã được xử lý bằng chất kích thích tăng trưởng (bên phải). (Ảnh: www.plant-hormones.info)

* Các chất auxin tổng hợp+ Kìm hãm sự rụng lá, hoa, quả của cây, vì nó ức chế sự hình thành tầng rời ở cuống lá, hoa, quả vốn được cảm ứng bởi các chất ứ chế sinh trưởng. Vì vậy phun auxin ngoại sinh có thể giảm sự rụng lá, tăng sự đậu quả và hạn chế rụng nụ, quả non làm tăng năng suất. Cây tổng hợp đủ lượng auxin sẽ ức chế sự rụng hoa, quả, lá.

IAA tổng hợp được sử dụng trong nuôi cấy mô nhưng nó dẽ bị biến tính trong môi trường nuôi cấy và nhanh chóng thoái biến ở trong mô. Tuy nhiên những đặc tính này có thể trở nên hữu dụng bởi vì trong cây, IAA (cùng với cytokinin) sau khi cảm ứng hình thành mô sẹo sẽ kích thích sự tạo chồi hoặc phôi khi hàm lượng của nó trong mô giảm dần. IAA thường được sử dung phối hợp với các chất điều hoà sinh trưởng khác để kích thích sự phát sinh hình thái trực tiếp (sự tạo rễ của cành giâm in vitro) và trong nuôi cấy đỉnh sinh trưởng và chồi. Tuy nhiên, tuỳ theo mục đích thí nghiệm mà người ta có thể sử dụng các hợp chất giống auxin khác được tổng hợp và nó có những hoạt động hơi khác với auxin như:

Tên chất

Viết tắt

Trọng lượng

 phân tử

Dung môi

Nhiệt độ bảo quản

Dạng bột

Dạng lỏng

3-Indoleacetic acid

IAA

175.2

1N NaOH

0oC

0oC

3-Indolebutyric acid

IBA

203.2

1N NaOH

2-8oC

0oC

α-Naphthaleneacetic acid

NAA

186.2

1N NaOH

–

2-8oC

2,4-Dichlorophenoxyacetic acid

2,4-D

221.0

Water

–

2-8oC

2,4,5-Trichlorophenoxyacetic acid

2,4,5-T

255.5

EtOH

–

2-8oC

p-Chlorophenoxyacetic acid

4-CPA

158.1

EtOH

–

2-8oC

2-Methyl-4-chlorophenoxyacetic acid

MPCA

–

–

–

–

β-Naphthyloxyacetic acid

NOA

202.2

1N NaOH

–

2-8oC

3,6-Dichloro-2-methoxybenzoic acid

Dicamba

186.6

–

–

–

4-Amino-3,5,6-trichloropicolinic acid

Picloram

241.5

DMSO

–

2-8oC

Phenylacetic acid

PAA

136.2

EtOH

–

2-8oC

2,3,5-Triiodobenzoic acid

TIBA

499.8

1N NaOH

0oC

0oC

 

2,4-D thường được sử dụng phối hợp với cytokinin để cảm ứng tạo mô sẹo và huyền phù tế bào và nó sẽ được thay thế bởi IBA hay NAA để kích thích sự phát sinh hình thái. IBA và NAA là loại auxin thích hợp trong nuôi cấy chồi.

2,4,5-T hiếm khi được sử dụng trong nuôi cấy mô thực vật, hầu như chỉ được sử dụng để cảm ứng sự tạo mô sẹo và sự phát sinh gián tiếp của cây một lá mầm như Avena, Oryza, và Panicum. Heyser và cộng sự (1983) nhận thấy ở Triticum aestivum, một số thứ tạo được mô sẹo có khả năng sinh phôi với 2,4-D, một số khác chỉ tạo mô sẹo với 2,4,5-T.

Dicamba thường có hiệu quả trong sự tạo mô sẹo có khả năng sinh phôi ở nhóm cây một lá mầm.

Picloram thường được sử dụng để cảm ứng và duy trì mô sẹo hoặc huyền phù tế bào của các loại cây lá rộng hoặc để cảm ứng sự tạo mô sẹo có khả năng sinh phôi. Picloram có hiệu quả đối với biên độ các kiểu di truyền rộng hơn. Chỉ trong một số rất ít trường hợp cá biệt, loại auxin này được dùng trong nuôi cấy đỉnh sinh trưởng và nuôi cấy nốt đon thân và được dùng với nồng độ rất thấp (0.012 ÷ 0.4 μM) khi phối hợp với một cytokinin.