Гормоны растений

Многие знают о существовании регуляторов роста и развития – гормонов – у животных и человека, но не всем известно, что сходные регуляторы – фитогормоны – есть и у растений. Они вырабатываются клетками в ничтожных количествах, разносятся по проводящей системе и не только влияют на процессы роста, цветения, созревания плодов, но могут, передаваясь по воздуху, воздействовать на соседние растения. Но обо всем по порядку.

В конце XIX в. Чарлз Дарвин вместе со своим сыном Фрэнсисом экспериментировал с проростками канареечной травы, которую они, вероятно, выращивали для своих любимых голубей. Наблюдения над голубями позволили Дарвину сформулировать представление об искусственном отборе, которые затем он распространил на дикую природу... Но это совсем другая история.

Каждый видел, как поворачиваются к освещенному окну листья комнатных растений, но задумывались ли вы, почему это происходит? Чарлз и Френсис Дарвины провели несколько опытов, доступных любому школьнику: надевали на верхушки проростков непроницаемые для света колпачки, и поворот листьев растений к свету прекращался. Вывод был сделан такой: если проростки освещаются сбоку, то от верхней их части к нижней передается какой-то стимул, заставляющий последнюю изгибаться. Именно поэтому, если затенить верхушку, сигнал не поступает и листья к свету не поворачиваются.

Понадобилось еще 50 лет, чтобы голландец Ф.Вент выделил это ростовое вещество и назвал его ауксином (от греч. auxs – выращивать, увеличивать). Так был открыт первый фитогормон. Оказалось, что если свет падает на растение с одной стороны, то в освещенной части ауксина вырабатывается меньше, поэтому с затененной стороны клетки растягиваются быстрее и верхушка поворачивается к свету. По этой же причине сильно вытягиваются затененные побеги – вспомните проросший в подвале картофель!

Теперь ауксины (а это целая группа близких по составу веществ) не только хорошо изучены, но и нашли широкое применение в практике. Интересно, что образуются ауксины в основном в верхушках стеблей, молодых листьях, почках, а влияют главным образом на рост и развитие корней. Поэтому ауксины обычно используют для ускорения укоренения черенков – их просто опускают в раствор ауксинов. Только не нужно забывать, что избыток гормона оказывает тормозящее действие на рост и необходимо строго соблюдать дозировку, указанную на упаковке.

Спускаясь от верхушки растения вниз, ауксин подавляет развитие боковых почек, это препятствует ветвлению побега. Если отщипнуть верхушку стебля, гормон перестанет выделяться и боковые почки тронутся в рост. Получится пушистый кустик. Умело обрезая растения, можно создавать «скульптуры» причудливой формы.

Еще одна особенность ауксинов – влияние на образование плодов. Садоводам хорошо известно, что если опыления не произошло, то плоды не завязываются. Но если обработать ауксином цветки томатов, огурцов или баклажанов, то без оплодотворения образуются бессемянные плоды, называемые партенокарпическими.

В середине XX в. была обнаружена новая группа гормонов, названных цитокининами. Американцы Скуг и Миллер разрабатывали методику получения растений из культур их клеток. Это позволило бы из отдельных клеток получать любое количество новых растений, т.е. таким образом можно было бы получать клоны редких экземпляров хризантем, орхидей, лекарственных и других растений.

В начале работы исследователи столкнулись с тем, что клетки в культуре не хотели делиться. Добавление к культуре ауксина вызывало их рост, иногда до гигантских размеров, но для деления клеток было необходимо действие еще какого-то фактора. Сначала удалось экспериментальным путем подобрать его синтетический аналог, а затем и выделить природные соединения – цитокинины.

Оказалось, что цитокинины вырабатываются кончиками корней, а действуют в основном на развитие побегов. Вы, наверное, обращали внимание на то, какие сочные побеги с крупными листьями растут от пней спиленных деревьев – на них действует избыток цитокининов. Цитокинины еще и задерживают старение – если обрызгать ими половинку листа, то она будет оставаться молодой и зеленой, даже когда другая пожелтеет.

При пересадке рассады мы обычно отщипываем кончик корня, при этом уменьшение количества цитокинина приводит к быстрому развитию боковых корней, растение поглощает больше питательных веществ и лучше развивается. Весомый вклад в изучение этого гормона внесла наша соотечественница и современница профессор О.Н. Кулаева.

В рамках небольшой статьи трудно рассказать обо всех чудесах, связанных с фитогормонами. Как, например, вам понравится томат высотой в несколько метров, урожай с которого нужно собирать с лестницы? Такое возможно не только в кино, но и в реальной жизни под действием фитогормона гиббереллина, которым обрабатывают верхушку побега.

Этот гормон открыли в Японии, изучая болезнь риса, называемую «баканэ», или болезнь дурных побегов. Грибок гибберелла, выделяя ростовое вещество, вызывает вытягивание и полегание стеблей риса. Как выяснилось, многие вредители растений, такие как грибы, бактерии, некоторые насекомые, предпринимают «химическую атаку», используя вещества, аналогичные фитогормонам. В результате на растениях могут образовываться опухоли, наросты, «ведьмины метлы». В сельском хозяйстве гиббереллином опрыскивают цветки винограда и так же, как в случае с ауксинами, получают бессемянные плоды – чтобы изюм был без косточек.

Кроме стимуляторов роста к фитогормонам относят и вещества, оказывающие преимущественно тормозящее действие. Многие читатели слышали о процессе яровизации. Если озимую пшеницу посеять не осенью, а весной, то она не даст урожая. Но если смочить семена водой и выдержать их при низких температурах, т.е. произвести яровизацию, растения будут нормально развиваться. Сходную процедуру, возможно, приходилось проделывать и вам, помещая в холодильник набухшие семена огурцов для повышения их всхожести. Что же при этом происходит? При низких температурах разрушается абсцизовая кислота, обеспечивающая покой семян и почек, что защищает их от развития в неподходящее время года. Процесс яровизации имитирует действие зимних холодов и позволяет вывести растение из периода покоя. Абсцизовая кислота помогает растениям пережить и период засухи.

Но, пожалуй, самым замечательным фитогормоном является этилен. Да-да, тот самый газ, который изучают на уроках химии! Вы замечали, что на кухне с газовой плитой хуже себя чувствуют комнатные растения, быстрее вянут срезанные цветы? Это действие этилена, который в небольшом количестве выделяется при сгорании газа. Он вызывает листопад, увядание цветков, созревание плодов.

Этилен обильно выделяется стареющими частями растения. Поэтому если вы хотите подольше сохранить букет, то из него нужно удалять уже увядшие цветы. А если вы собрали зеленые помидоры и хотите, чтобы они быстрее дозрели, к ним нужно положить спелый помидор (а можно и банан!) и накрыть чем-нибудь, чтобы этилен не улетучивался. Используя препараты, выделяющие этилен, можно перевозить на большие расстояния незрелые плоды и в конце пути вызывать их быстрое дозревание. Но не забывайте, если сложить вместе много яблок, да еще накрыть их, то выделяющийся газ вызовет перезревание и урожай будет испорчен.

У этилена есть еще много интересных свойств. Например, каждому дачнику хочется, чтобы на растениях огурцов было поменьше пустоцвета, побольше огурчиков. Этого можно добиться, используя этилен, а также изменяя соотношение между количеством цитокинина и ауксина. Если подземная корневая часть растения развита хорошо, то цитокининов выделяется больше, чем ауксинов, и образуется много женских цветков, а значит, и огурчиков. А вот мощные плети, дающие большое количество ауксинов, при слабой корневой системе часто бывают покрыты мужскими цветками – пустоцветами.

В заключение следует заметить, что перечисленными пятью типами фитогормонов не исчерпывается комплекс гормонов растений. У растений есть и другие гормоны. Кроме того, невозможно приписать какое-либо четко определенное одно – тормозящее или стимулирующее – действие каждому фитогормону. Действие того или иного фитогормона зависит от уровней других гормонов и от многих других факторов. Для выяснения полного спектра действия каждого фитогормона, деталей метаболизма и взаимодействия фитогормонов еще предстоит провести многочисленные и глубокие исследования.