Co jsou fytohormony a jak fungují?

Ahoj! Sergey je s vámi a dnes spouštíme novou sekci. Na téma fytohormony bude několik článků. Začnu obecnými informacemi a poté přejdu k praktickému využití rostlinných hormonů na městských farmách, řeknu vám, co a jak sám používám.

Charles Darwin měl podezření na přítomnost látek odpovědných za fyziologické procesy v rostlinách. Ale objevili, syntetizovali a pochopili mechanismus účinku většiny fytohormonů až ve dvacátém století. Fytohormony jsou nízkomolekulární látky. Na rozdíl od lidí a zvířat nemají rostliny specializované orgány odpovědné za produkci hormonů. Téměř každá rostlinná buňka je schopna produkovat hormony. Tato schopnost nezávisí na složitosti rostliny i ty nejjednodušší řasy mají hormony.

Zvláštností hormonů je, že jsou produkovány v malých množstvích a ve stejně malých množstvích ovlivňují rostlinné organismy. Hormony jsou cílené, ovlivňují pouze některé rostlinné buňky. Fytohormony zajišťují a regulují metabolismus rostlin, jsou zodpovědné za tvorbu pohlaví, stárnutí rostlin, výstup z období klidu a přechod do něj. Fytohormony také pomáhají rostlinám přizpůsobit se nepříznivým faktorům prostředí. Dokonce i fytohormony jsou zodpovědné za proces otáčení vrcholu rostliny směrem ke světlu. Navrhuji v tomto materiálu zvážit obecné informace o skupinách fytohormonů a v následujících přejít k jejich praktické aplikaci. Při pohledu do budoucna řeknu, že velmi aktivně používám různé skupiny fytohormonů.

Auxiny

Tato skupina látek byla možná úplně první objevená. Auxiny jsou deriváty indolu. Rozlišují se tyto skupiny látek: kyselina indolyl-3-máselná, 4-chlorindolyl-3-octová, 3-(3-indolyl)propionová a 3-indolyloctová. Nejznámějším zástupcem auxinů je pravděpodobně známý heteroauxin. Toto je kyselina indolyl-3-octová. Pod tímto názvem lze tuto látku koupit ve specializovaných zahradnických prodejnách.

Všechny auxiny mají velmi vysokou aktivitu, k ovlivnění rostlin je třeba použít velmi malá množství těchto látek. Auxiny stimulují zrání a růst ovoce. Jsou zodpovědné za růst výhonků a větví, zajišťují, že se rostlina otáčí směrem ke světlu, a jsou zodpovědné za růst kořenů směrem dolů. Nedostatek auxinů může způsobit vadnutí listů rostlin.

Auxinům se připisuje vliv na buněčný růst prostřednictvím prodlužování buněk. Jsou zodpovědné za buněčné dělení a zvyšují růst postranních kořenů.

Vlastnosti auxinů

• Rostlinné řízky. Auxiny stimulují tvorbu kořenů. Řízky nařezané na množení se ošetří auxiny nebo se umístí do média na ně bohatého.
• Transplantace rostlin. Jakákoli transplantace je pro rostlinu velkým stresem. Použití auxinů v této fázi zvyšuje rychlost růstu a obnovu poškozeného kořenového systému rostliny.
• Stimulace tvorby plodů. Pokud rostliny postříkáte roztokem auxinu v rané fázi květu, urychlíte tím zrání vaječníků, zvýšíte jejich počet a v důsledku toho urychlíte tvorbu plodů. Nejčastěji se tento způsob používá u rajčat, paprik a okurek. Hodí se ale i pro jakékoli jiné rostliny, včetně jabloní, švestek a hroznů. Také použití auxinů vede ke snížení vypadávání ovoce.
• Příprava na mráz a chladné počasí. Auxiny zvyšují odolnost rostlin vůči nepříznivým faktorům prostředí. Aby rostliny lépe odolávaly například jarním mrazíkům, lze je postříkat roztokem auxinu. To musí být provedeno předem, několik dní před začátkem mrazu.
• Zabíječ trávy. Některé auxiny ve velkých dávkách mohou inhibovat růst rostlin, takže se často používají jako herbicidy pro selektivní kontrolu plevelů.

Cytokininy

Tato skupina chemických látek v rostlinách je zodpovědná za buněčné dělení, tvorbu výhonků a růst. Většina milovníků orchidejí zná cytokininovou pastu. Používá se k probuzení spících pupenů a růstových uzlů. Některé rostliny mohou produkovat postranní výhon ani ne z pupenu, ale jednoduše z libovolné části kmene nebo větve. Cytokininy byly objeveny relativně nedávno, v roce 1955, při pokusech na tabáku. Teprve v roce 1974 byl izolován první přirozený cytokinin, zvaný zeatin. Tato látka byla izolována z kukuřice a nyní se aktivně používá při mikroklonálním rozmnožování rostlin.

Vlastnosti cytokininů

• Proliferace rostlinných buněk. Jedná se o proces tvorby buněk jednoho orgánu z buněk jiného orgánu rostliny, která dokončila svůj růst. Například z apikálního meristému květu lze pomocí cytokininů vypěstovat nikoli části květu, ale výhonek s listy.
• Koordinace životního cyklu rostlin. Cytokininy regulují život rostlin v závislosti na dostupnosti minerální výživy. Například pomocí správně zvolené výživy a použití auxinů můžete přinutit rostlinu vynechat období klidu a stimulovat aktivní růst zelené hmoty.
• Inhibice vývoje kořenového systému. Jednoduše řečeno, použití cytokininů zpomaluje růst kořenového systému a stimuluje vývoj nadzemní části.
• Zpomalení stárnutí rostlin. Téměř všechny cytokininy zabraňují procesu stárnutí listů a dalších částí rostliny. Správná aplikace cytokininů může vyvolat druhou vlnu růstu i u sezónních jednoletých rostlin.
• Cytokininy jsou antagonisté auxinů a giberelinů.

gibereliny

Tuto skupinu fytohormonů objevil japonský vědec E. Kurosawa v první polovině dvacátého století při studiu nemocí rýže. Vědci se zajímali o zvýšenou rychlost růstu výhonků této obiloviny. Experimentálně bylo zjištěno, že houba Gibberella fujikuroi Sow ovlivnila rýži tímto způsobem. Rostliny napadené houbou abnormálně prodlužovaly svá internodia a prakticky neplodily. V roce 1935 vědec T. Yabuta izoloval z houby čistý giberelin v krystalické formě.

Ale gibereliny syntetizuje i samotná rostlina; je jich známo více než sto. Povaha účinku mnoha giberelinů na rostliny nám stále není zcela známa.

Vlastnosti giberelinů

• Stimulování klíčení semen. Ve chvíli, kdy nastanou podmínky vhodné pro klíčení, jsou to právě gibereliny, které velí semenu zpracovat uložené látky a aktivovat růstový program. Gibbereliny jsou zodpovědné za zahájení procesu přeměny zásobních tuků a bílkovin na glukózu. A glukóza je zase hlavním zdrojem energie pro růst a vývoj rostlin. Gibbereliny urychlují klíčení hlíz a cibulí po období vegetačního klidu. V obchodech najdete prášky nebo tekutiny na bázi giberelinů pro urychlení klíčení semen a namáčení hlíz.
• Probuzení spících pupenů. Obecně jsou za tento proces zodpovědné auxiny, které dávají ledvinám příkaz k probuzení. Ale auxiny jsou inhibitory (aktivátory) giberelinů, které působí společně. A po aktivaci jsou to právě gibereliny, které jsou zodpovědné za růst nových výhonků a listů.
• Stimulování růstu kořenů. Gibbereliny ovlivňují růst kořenů. Zároveň blokují rizogenezi – boční větvení kořenů a stimulují růst hlavního kořene. To může být vyžadováno, když potřebujeme získat rostliny s výkonným kořenovým systémem.
• Získání velkých bezsemenných plodů. Ošetření např. banánů nebo hroznů gibereliny v určité fázi květu vede k tomu, že se uvnitř plodů netvoří semena a samotné plody se zvětšují, někdy i dvakrát až třikrát. Myslím, že mnozí z vás viděli velmi velké vínové hrozny v supermarketech. Obvykle se prodává v zimě. Jeho velikost může dosáhnout středně velké švestky a plody nemají semena. Nejedná se tedy o „mutantní“ hrozny a nebyly podrobeny genetické modifikaci, réva byla v určitém období růstu jednoduše postříkána směsí giberelinů.
• Vliv na pohlaví rostlin. Ošetření mladých dvoudomých rostlin gibereliny vede ke zvýšení počtu samců. Je pravda, že v tomto směru bylo dosud provedeno jen málo výzkumů a je zapotřebí další objasnění na konkrétních odrůdách rostlin.

Ethylen

Ethylen je poměrně jednoduchá plynná látka. Pro rostliny je etylen mechanickým stresovým hormonem. Vliv etylenu na rostliny byl objeven již dávno, v dobách, kdy se pouliční osvětlení a často vnitřní osvětlení provádělo zemním plynem. D.N. Nelyubov si ve své laboratoři všiml nepřirozeného ohýbání hrachových klíčků. Biologický průzkum vedl k tomu, že viníkem byl plyn. V té době byly známy hlavní složky plynu a po otestování každé z nich byl objeven účinek ethylenu.

Ethylen je zajímavý, protože rostliny si ho mohou samy syntetizovat v reakci na nepříznivé faktory prostředí. Rostliny mohou zachytit etylen ze vzduchu a reagovat na něj stejným způsobem jako na etylen syntetizovaný v rostlině. Ethylen se v zemědělství při pěstování ve velkém nepoužívá, kvůli jeho negativnímu vlivu na rostliny. Používá se ale ke stimulaci zrání již nakrájených plodů.

Vlastnosti etylenu

• Vliv na tropismus rostlin. Působením ethylenu je blokován vzestupný růst rostliny a stimulováno boční větvení. Toto chování rostliny lze ospravedlnit v případech, kdy je nad ní předmět, který blokuje světlo, například větší rostlina. V tomto případě může být dobrou strategií laterální růst, abyste se dostali ze stínu vyššího souseda.
• Zahušťování stonku rostliny. Ethylen pod jeho vlivem dělá rostlinu podsaditější, kmen a větve začínají růst do šířky a jsou silnější. Teoreticky lze této vlastnosti využít při pěstování bonsají, ale o takových technikách jsem neslyšel.
• Stimulace růstu aerenchymu. Aerenchyma je vzduchonosné rostlinné pletivo se zvětšeným mezibuněčným prostorem. Tato tkáň se obvykle tvoří v rostlinách vystavených periodickým záplavám. Díky němu si rostlina zachovává dýchací funkce i při úplném zaplavení půdy, na které roste.
• Stárnutí rostlin. Ethylen je hlavním hormonem zodpovědným za to, že rostlina shazuje listy. Pod jeho vlivem si rostlina začne brát živiny z listů, listy žloutnou, zasychají a opadávají.

Abscisiny

Abscisiny jsou skupinou fytohormonů na bázi kyseliny abscisové. Jedná se o hormon, který inhibuje růst a vývoj rostlin. Abscisiny byly nalezeny v mnoha rostlinách, i když v některých mohou chybět. Spolu s ethylenem abscisiny chrání rostliny před nepříznivými podmínkami, pomáhají adaptovat se na měnící se parametry prostředí a jsou zodpovědné za sezónní chování rostlin.

Vlastnosti abscisinů

• Regulace klidového procesu. Abscisiny přímo ovlivňují činnost rostliny. Když se změní parametry prostředí, přikážou rostlině zastavit růst a začít ukládat živiny. K tomu dochází na konci vegetačního období; aktivátory jsou změny denních hodin a pokles teploty. Abscisiny jsou také zodpovědné za dormanci semen, hlíz a cibulí.
• Adaptace na stres. Pod vlivem nepříznivých faktorů, jako jsou záplavy, sucho, slanost, snižování teplot a prudké zkrácení délky dne, uvádějí abscisiny rostlinu do zvláštního režimu a zpomalují metabolické procesy. Například během sucha je tato skupina hormonů zodpovědná za redistribuci vody v rostlině. Voda se řítí k nejdůležitějším orgánům z hlediska přežití – kořenům, stonkům. A nechává ty méně důležité – listy, nové výhonky, nezralé plody. V tomto případě rostlina uzavře všechny průduchy. Pokud vystavíte papriky nebo rajčata stresu ze sucha ve své domovské městské farmě, mohou z nich vypadnout květy a vaječníky, aby se zachovala samotná rostlina.
• Stimuluje zrání ovoce. V případě prudkého zhoršení podmínek prostředí se může díky abscisinům zvýšit rychlost dozrávání plodů. Rostlina věnuje veškerou svou sílu tomu, aby semena dozrála, v naději, že to stihne udělat, než se u jednoletých rostlin dostane do stavu úplného klidu nebo smrti. V tomto případě se růst rostliny úplně zastaví.

Fytohormony nejsou omezeny na skupiny, které jsem uvedl. Ale snažil jsem se mluvit o hlavních třídách těchto látek. V současné době vědci hodně pracují na studiu účinků různých látek na rostliny. Již byly vytvořeny skupiny fytohormonů, které se v přírodě nevyskytují. Rostliny se pod jejich vlivem stávají odolnějšími vůči stresu, zvyšuje se rychlost fotosyntézy, prodlužují se či zkracují internodia a stimuluje se kvetení.

Rostliny jsou velmi složité živé bytosti. V některých moderních vědeckých pracích vědci dělají odvážné předpoklady o přítomnosti nervového systému a vědomí v rostlinách. K takovým závěrům docházejí tím, že se stále více ponořují do studia fytohormonů a procesů výměny informací v rostlině. Stojí za zmínku, že rostlinný systém vnímání světa a výběru způsobu, jak reagovat na prostředí, je zcela odlišný od lidského, takže prohlášení o přítomnosti vědomí v rostlinách bychom neměli brát přímo. Pokud mají rostliny vědomí, je velmi odlišné od našeho.

Proces aplikace cytokininové pasty k aktivaci spících ledvin. Pod ledvinou se provede řez, poté se na něj aplikuje cytokininová pasta. Aktivace je viditelná po 48 hodinách. Foto od autora

Díky objevu a výzkumu fytohormonů vzniklo v zemědělském průmyslu inovativní odvětví – mikroklonální množení rostlin. Díky němu jsme blíže funkcím tvůrců a dokážeme z malého kousku jedné rostliny rychle vyprodukovat statisíce klonů, geneticky nerozeznatelných od mateřské rostliny.

V následujících materiálech se pokusím podrobněji věnovat každé skupině rostlinných hormonů. Pokusím se popsat jejich praktickou aplikaci v městských farmách. A samozřejmě budu pokračovat v tématu mikroklonálního množení. Skvělá úroda všem!