Auxin

Auxin là một loại hormone giúp kích thích sự phát triển của cây cối.

Những điều cần biết

Vào năm 1880, Darwin phát hiện rằng phần bao lá mầm của cây lúa rất nhạy cảm với ánh sáng. Khi ánh sáng chỉ chiếu vào một bên, cây sẽ có phản ứng quang hướng động, nhưng nếu che đỉnh sinh trưởng hoặc làm tối, hiện tượng này sẽ không xảy ra. Ông cho rằng đỉnh ngọn của bao lá mầm là nơi tiếp nhận ánh sáng và sản sinh một chất liên quan đến hiện tượng này. Sau đó, Paal (1919) và Went (1928) đã chứng minh sự tồn tại của chất này.

Năm 1926, Frits Went (người Hà Lan) thực hiện thí nghiệm bằng cách cắt ngọn diệp tiêu và đặt nó lên một khối agar trong khoảng một giờ dưới ánh sáng. Sau đó, khối agar này được đặt lên phần diệp tiêu còn lại. Phần diệp tiêu tiếp tục mọc cong về phía ánh sáng, và nếu khối agar đặt lệch, diệp tiêu cũng cong ngay cả trong bóng tối. Khối agar kiểm chứng không có tác dụng. Rõ ràng có một chất kích thích sinh trưởng đã khuếch tán từ phần ngọn diệp tiêu vào khối agar và kích thích sự phát triển của phần diệp tiêu còn lại. Went đã gọi chất này là auxin.

Đến năm 1934, giáo sư hóa học Kogl từ Hà Lan và nhóm nghiên cứu của ông đã chiết xuất được một chất từ nấm men có hoạt tính tương tự như auxin. Một năm sau, Thimann cũng thành công trong việc tách chất này từ nấm Rhyzopus. Chất này được xác định là β-axit indol axetic (AIA).

Công thức hóa học

• Axit β-Indolyaxetic (AIA)
• Axit β-Indolybutyric (AIB)
• Axit 2,4-dicloro-phenoxiaxetic (2,4-D)
• Axit 2,4,5-tricloro-phenoxiaxetic (2,4,5-T)
• Axit α-naphtylaxetic (α-ANA)
• Axit 2-methyl 4-clorophenoxiaxetic (2M4C/MCPA)

Hiệu quả sinh lý

Auxin có ảnh hưởng tích cực đến nhiều quá trình sinh trưởng của thực vật như sự phát triển của tế bào, hoạt động của tầng phát sinh, hình thành rễ, hiện tượng ưu thế ngọn, sự hướng động của thực vật, sự phát triển của quả, và có thể tạo ra quả không hạt...

Auxin thúc đẩy sự kéo dài của tế bào. Tuy nhiên, khi nồng độ auxin quá cao, sẽ xảy ra hiện tượng ức chế ngược, làm auxin trở thành chất ức chế.

Cơ chế tác động

Auxin ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của sự phát triển thực vật, bao gồm sự mở rộng của tế bào, ức chế sự phát triển của chồi phụ, và kích thích sự hình thành rễ. Auxin tổng hợp được dùng trong các loại bột kích thích ra rễ để chiết cành và trong một số thuốc diệt cỏ, nơi nồng độ cao của auxin thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng, dẫn đến cái chết của cây cỏ. Auxin cũng được sử dụng để ngăn ngừa sự rụng trái.

Auxin đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự tăng trưởng chiều dài của tế bào. Do tế bào thực vật có vách tế bào, tế bào chỉ có thể phát triển khi vách tế bào có thể mở rộng. Vách tế bào chủ yếu cấu tạo từ cellulose. Trong vách sơ cấp, cellulose hiện diện dưới dạng các sợi dài liên kết với các đường đa khác để tạo thành mạng lưới. Khi tế bào phát triển, các liên kết này có thể bị đứt tạm thời, làm cho vách tế bào trở nên đàn hồi hơn và các vật liệu mới có thể được chèn vào. Auxin đóng vai trò chính trong cả hai quá trình này.

Sự ảnh hưởng của auxin lên tính đàn hồi của vách tế bào xảy ra nhanh chóng (khoảng 10 phút). Theo giả thuyết về sự tăng trưởng acid, auxin tác động gián tiếp bằng cách làm acid hóa vách tế bào. Auxin điều chỉnh pH của vách tế bào bằng cách kích thích sự vận chuyển tích cực của ion H từ tế bào chất vào vách tế bào. Môi trường pH acid kích hoạt enzyme trong vách, làm phá vỡ các liên kết chéo giữa các sợi cellulose. Các sợi cellulose trở nên lỏng lẻo hơn, làm cho tế bào trở nên đàn hồi hơn.

Trong tế bào, môi trường có nồng độ cao hơn so với dịch bên ngoài, khiến nước thẩm thấu vào trong tế bào và tạo ra áp suất trương. Khi vách tế bào trở nên mềm dẻo hơn, chúng có thể dễ dàng kéo căng ra. Nước tiếp tục thẩm thấu vào tế bào, làm tăng thể tích của tế bào, nhưng sự gia tăng này không liên quan đến việc tổng hợp thêm tế bào chất mới.

Ảnh hưởng của auxin lên sự căng vách tế bào chậm hơn khi thêm vật liệu mới vì quá trình này phụ thuộc vào sự kích thích của các gen cụ thể và tổng hợp mARN để tạo ra các enzyme xúc tác thêm đường đa vào vách tế bào. Auxin hoạt hóa bơm ion H trên màng sinh chất, làm cho ion H được vận chuyển từ tế bào chất vào vách tế bào. Sự gia tăng ion H kích hoạt enzyme phá vỡ các liên kết chéo giữa các đường đa, làm cho vách tế bào mềm dẻo hơn. Khi nước vào không bào ngày càng nhiều, vách tế bào sẽ bị căng ra, nhưng chủ yếu theo một hướng. Sự gia tăng thể tích tế bào chủ yếu do sự phát triển của không bào, với các không bào nhỏ hợp nhất thành một không bào lớn, chiếm tới 97% thể tích tế bào; trong khi đó, tế bào chất chỉ chiếm 10% thể tích ở các tế bào trưởng thành.

Quá trình tổng hợp auxin

Ở các thực vật bậc cao, auxin chủ yếu được tổng hợp tại đỉnh ngọn chồi và sau đó di chuyển xuống dưới (theo hướng gốc). Ngoài đỉnh ngọn, các bộ phận khác như lá non, quả non, phôi hạt đang phát triển và cả tầng phát sinh cũng có khả năng tổng hợp auxin. Tiền chất của AIA là axit amin triptophan.

Quá trình phân hủy auxin

Đây là một quá trình quan trọng để điều chỉnh mức độ auxin trong cây. Sau khi auxin đã được sử dụng hoặc nếu dư thừa, nó sẽ bị phân hủy thành các sản phẩm không còn hoạt tính sinh lý. Quá trình phân hủy có thể diễn ra nhờ enzyme auxin oxydase hoặc qua phản ứng quang oxy hóa.

Liên kết ngoài

• Từ việc sử dụng auxin như chất kích thích tăng trưởng đến ứng dụng trong thuốc diệt cỏ