GIBERELINELE: TIPURI, FUNCȚII, MOD DE ACȚIUNE, BIOSINTEZĂ - BIOLOGIE - 2024

Cei giberelinelor sunt hormoni din plante sau fitohormoni implicate în diferite procese de creștere și dezvoltare a plantelor superioare. De fapt, ele stimulează creșterea și alungirea tulpinii, dezvoltarea fructelor și germinarea semințelor.

Descoperirea sa a fost făcută la mijlocul anilor ’30 de cercetătorii japonezi care studiază creșterea anormală a plantelor de orez. Numele gibberellin provine de la ciuperca Gibberrella funjikuroi, un organism din care a fost extrasă inițial, agentul cauzal al bolii „Bakanae”.

Alungirea tulpinii promovată de aplicarea giberelinelor. Sursa: flickr.com

În ciuda faptului că au fost identificate mai mult de 112 giberereline, foarte puține manifestă activitate fiziologică. Doar importanța comercială are giberulina A ₃ sau acidul gereblicol și gibererelinele A ₁ , A ₄ și A ₇ .

Aceste fitohormone promovează schimbări surprinzătoare în mărimea plantelor, pe lângă faptul că induc diviziunea celulară în frunze și tulpini. Efectul vizibil al aplicării sale exogene este alungirea tulpinilor subțiri, mai puține ramuri și frunze fragile.

Tipuri

Structura giberelinelor este rezultatul unirii izoprenoidelor cu cinci carbon care formează împreună o moleculă cu patru inele. Clasificarea sa depinde de activitatea biologică.

Acidul gereblic. Sursa: researchgate.net

Forme gratuite

Ea corespunde acelor substanțe derivate din ent-Kauren, a căror structură fundamentală este ent-giberelano. Acestea sunt clasificate ca diterpenoide acide derivate din hidrocarburile heterociclice ent-Kaureno. Se cunosc două tipuri de forme libere.

• Inactiv: are 20 de carbon.
• Active: au 19 atomi de carbon, deoarece au pierdut un anumit carbon. Activitatea este condiționată să aibă 19 atomi de carbon și să prezinte o hidroxilare la poziția 3.

Forme conjugate

Sunt acele gibereline care sunt asociate cu carbohidrați, deci nu au activitate biologică.

Funcţie

Principala funcție a giberelinelor este inducerea creșterii și alungirea structurilor vegetale. Mecanismul fiziologic care permite alungirea este legat de modificările concentrației endogene de calciu la nivel celular.

Aplicarea giberelinelor favorizează dezvoltarea înfloririi și a inflorescențelor diferitelor specii, în special la plantele de zi lungă (PDL). Asociată cu fitochromele, acestea prezintă un efect sinergic, stimulând diferențierea structurilor florale, cum ar fi petalele, staminele sau carpele, în timpul înfloririi.

Înflorirea în citrice. Sursa: pixabay.com

Pe de altă parte, ele determină germinarea semințelor care rămân inactive. Într-adevăr, ei activează mobilizarea rezervelor, inducând sinteza amilazelor și proteazelor din semințe.

La fel, favorizează dezvoltarea fructelor, stimulând așezarea sau transformarea florilor în fructe. În plus, acestea promovează partenocarpia și sunt folosite pentru a produce fructe fără semințe.

Modul de acțiune

Giberelinele promovează diviziunea și alungirea celulelor, deoarece aplicațiile controlate cresc numărul și dimensiunea celulelor. Modul de acțiune al gibererelinelor este reglat de variația conținutului de ioni de calciu din țesuturi.

Aceste fitohormone sunt activate și generează răspunsuri fiziologice și morfologice la concentrații foarte mici în țesuturile plantelor. La nivel celular este esențial ca toate elementele implicate să fie prezente și viabile pentru ca schimbarea să apară.

Mecanismul de acțiune al gibererelinelor a fost studiat asupra procesului de germinare și creștere a embrionului în semințele de orz (Hordeum vulgare). De fapt, funcția biochimică și fiziologică a gibererelinelor a fost verificată la modificările care apar în acest proces.

Cultivarea orzului. Sursa: pixabay.com

Semințele de orz au un strat de celule bogate în proteine ​​sub episperm, numit strat de aleuron. La începutul procesului de germinare, embrionul eliberează gerebereline care acționează asupra stratului de aleuron care generează enzime hidrolitice în același timp.

În acest mecanism, α-amilaza, responsabilă pentru descompunerea amidonului în zaharuri, este principala enzimă sintetizată. Studiile au arătat că zaharurile sunt formate numai atunci când este prezent stratul de aleuronă.

Prin urmare, α-amilaza originară din stratul de aleuron este responsabilă pentru transformarea amidonului de rezervă în endosperma amidonului. În acest fel, zaharurile și aminoacizii eliberați sunt folosiți de embrion în conformitate cu cerințele sale fiziologice.

Se presupune că giberelinele activează anumite gene care acționează asupra moleculelor de ARNm responsabile de sinteza a-amilazei. Deși nu s-a verificat încă că fitohormona acționează asupra genei, prezența acesteia este esențială pentru sinteza ARN și formarea enzimelor.

Biosinteza gibererelinei

Gibererelinele sunt compuși terpenoizi derivați din inelul gibenic compus dintr-o structură tetraciclică ent-giberelane. Biosinteza este realizată prin calea acidului mevalonic, care este principala cale metalică în eucariote.

Această cale apare în citosolul și reticulul endoplasmic al celulelor plantelor, drojdilor, ciupercilor, bacteriilor, algelor și protozoarelor. Rezultatul este structuri cu cinci carbon numite izopentenil pirofosfat și pirofosfat dimetilalil utilizat pentru obținerea izoprenoizilor.

Izoprenoizii sunt moleculele promotoare ale diferitelor particule precum coenzime, vitamina K și printre ele fitohormonele. La nivelul plantei, în mod normal, calea metabolică se încheie în obținerea de GA ₁₂ -aldehidă.

Odată obținut acest compus, fiecare specie de plante urmărește procese diferite până la obținerea varietății de giberereline cunoscute. De fapt, fiecare giberellină acționează independent sau interacționează cu celelalte fitohormone.

Acest proces are loc exclusiv în țesuturile meristematice ale frunzelor tinere. Aceste substanțe sunt apoi translocate în restul plantei prin floem.

La unele specii, gibererelinele sunt sintetizate la vârful rădăcinii, fiind translocate la tulpină prin floem. La fel, semințele imature au un conținut ridicat de giberereline.

Obținerea giberelinelor naturale

Fermentarea surselor azotate și carbogazoase și a sărurilor minerale este modalitatea naturală de a obține gereberele comerciale. Ca sursă de carbon, se utilizează glucoză, zaharoză, făină naturală și grăsimi și se aplică săruri minerale de fosfat și magneziu.

Procesul necesită 5 - 7 zile pentru o fermentare eficientă. Sunt necesare condiții constante de agitație și de aerare, menținând în medie 28º - 32º C și valori ale pH-ului de 3-3,5.

Într-adevăr, procesul de recuperare a giberereinei se realizează prin disocierea biomasei din bulionul fermentat. În acest caz, supernatantul fără celule conține elementele utilizate ca regulatoare de creștere a plantelor.

La nivel de laborator, particulele de giberellină pot fi recuperate printr-un proces de coloane de extracție lichid-lichid. Pentru această tehnică se folosește acetat de etil ca solvent organic.

În caz contrar, pe supernatant se aplică rășini schimbătoare de anioni, obținându-se precipitarea giberelinelor prin eluție gradientă. În final, particulele sunt uscate și cristalizate în funcție de gradul de puritate stabilit.

În domeniul agricol, gibererelinele sunt utilizate cu un grad de puritate cuprins între 50 și 70%, amestecat cu un ingredient inert comercial. În tehnicile de micropropagare și culturi in vitro, se recomandă utilizarea produselor comerciale cu un grad de puritate mai mare de 90%.

Efecte fiziologice

Aplicarea giberelinelor în cantități mici promovează diverse acțiuni fiziologice la plante, printre care se numără:

• Inducerea creșterii țesuturilor și alungirea tijei
• Stimularea germinării
• Promovarea fructelor setate din flori
• Reglarea înfloririi și dezvoltării fructelor
• Transformarea plantelor bianuale în anuale
• Alterarea expresiei sexuale
• Suprimarea nanismului

Creșterea plantei. Sursa: flickr.com

Aplicarea exogenă a giberelinelor acționează asupra stării tinere a anumitor structuri vegetale. Tăierile sau butașii folosiți pentru înmulțirea vegetativă, încep cu ușurință procesul de înrădăcinare atunci când caracterul său tineresc este manifestat.

Dimpotrivă, dacă structurile plantei își manifestă caracterul adult, formarea rădăcinilor este nulă. Aplicarea giberelinelor permite ca planta să treacă de la starea juvenilă la cea adultă sau invers.

Acest mecanism este esențial atunci când doriți să începeți înflorirea în culturile care nu și-au încheiat faza juvenilă. Experimentele cu specii lemnoase, cum ar fi chiparoșii, pinii sau țesutul comun, au reușit să reducă considerabil ciclurile de producție.

Aplicații comerciale

Cerințele de ore de zi sau de condiții reci la unele specii pot fi îndeplinite prin aplicații specifice de giberelline. În plus, giberelinele pot stimula formarea structurilor florale și, în cele din urmă, pot determina atributele sexuale ale plantei.

În procesul de fructificare, giberelinele promovează creșterea și dezvoltarea fructelor. De asemenea, acestea întârzie senescența fructelor, împiedicând deteriorarea lor în copac sau asigurând o anumită perioadă de viață utilă odată culese.

Când se dorește obținerea de fructe fără semințe (Partenocarpie), aplicațiile specifice ale gibererelinelor induc acest fenomen. Un exemplu practic este producția de struguri fără semințe, care sunt mai solicitați la nivel comercial decât speciile cu semințe.

Fructe de struguri fără semințe. Sursa: moyca.org

În acest context, aplicațiile giberelinelor în semințele inactive permit activarea proceselor fiziologice și ies din această afecțiune. De fapt, o doză adecvată activează enzimele hidrolitice care descompun amidonul în zahăr, favorizând dezvoltarea embrionului.

La nivel biotehnologic, giberelinele sunt utilizate pentru regenerarea țesuturilor în culturile in vitro ale explantelor fără agenți patogeni. De asemenea, aplicațiile de giberereline la plantele-mamă stimulează creșterea acestora, facilitând extragerea apetitelor sănătoase la nivel de laborator.

La nivel comercial, aplicațiile de giberereline în cultivarea trestiei de zahăr (Saccharum officinarum) permit creșterea producției de zahăr. În această privință, aceste fitohormone induc elongația internodelor unde se produce și se păstrează zaharoză, astfel încât dimensiunea este mai mare, cu atât acumularea de zahăr este mai mare.

Referințe

1. Cerere de hormoni vegetali (2016) Horticole. Recuperat în: horticultivos.com
2. Azcón-Bieto Joaquín și Talón Manuel (2008) Fundamentele fiziologiei plantelor. Mc Graw Hill, ediția a II-a. ISBN: 978-84-481-9293-8.
3. Cerezo Martínez Jorge (2017) Fiziologia plantelor. Subiectul X. Gibberellins. Universitatea Politehnică din Cartagena. 7 pp.
4. Delgado Arrieta G. și Domenech López F. (2016) Giberelinas. Științe tehnice. Capitolul 4.27, 4 pp.
5. Fitoregulatoare (2003) Universitatea Politehnică din Valencia. Recuperat la adresa: euita.upv.es
6. Weaver Robert J. (1976) Regulatori de creștere a plantelor în agricultură. Universitatea din California, Davis. Editorial Trillas. ISBN: 9682404312.