Auxin - Và những điều cần biết

1. Auxin là gì? Những điều cần biết về hormone tăng trưởng này

Auxin là một nhóm hormone thực vật (phytohormone) có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc điều hòa sinh trưởng và phát triển của cây. Tên gọi “Auxin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “auxein” nghĩa là “tăng trưởng”.

Về bản chất, auxin không phải là một hợp chất duy nhất mà là một nhóm các hợp chất có cấu trúc hóa học khác nhau nhưng cùng đặc điểm sinh lý – đặc biệt là khả năng kích thích sự vươn dài của tế bào ở các mô sinh trưởng như chồi đỉnh, rễ non. Trong đó, IAA (Indole-3-acetic acid) là dạng auxin tự nhiên phổ biến nhất được tìm thấy trong thực vật.

Sự phát hiện auxin bắt đầu từ các nghiên cứu của Charles Darwin vào năm 1880 về hiện tượng quang hướng động (phototropism). Sau đó, đến năm 1926, Frits Went đã chứng minh sự tồn tại của một chất có hoạt tính sinh trưởng trong diệp tiêu của cây yến mạch Avena. Đến năm 1931, Kogl và Haagen-Smit đã phân lập được IAA từ nước tiểu người và từ nấm men.

Về đặc tính sinh học, auxin thường có tính axit, mang cấu trúc nhân thơm không bão hòa. Ngoài IAA, còn có nhiều dạng auxin tổng hợp như NAA (naphthaleneacetic acid) hay 2,4-D, được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp để kích thích ra rễ, tạo quả không hạt, hoặc sử dụng làm chất diệt cỏ chọn lọc.

Auxin ảnh hưởng đến nhiều quá trình sinh lý thực vật:

Kích thích sự giãn dài tế bào (đặc biệt ở thân, chồi non).
Thúc đẩy sự phân chia tế bào và hoạt động tầng phát sinh.
Tạo điều kiện thuận lợi cho sự ra rễ (đặc biệt là rễ phụ).
Duy trì hiện tượng ưu thế ngọn, ức chế sự phát triển của chồi bên.
Tham gia vào các phản ứng hướng tính: quang hướng động, trọng hướng động.
Góp phần vào quá trình hình thành quả và sự phát triển của quả không hạt.

Tuy nhiên, liều lượng là yếu tố then chốt. Ở nồng độ phù hợp, auxin thúc đẩy sinh trưởng mạnh mẽ, nhưng nếu quá cao, nó sẽ gây ức chế – đây là cơ chế tự điều hòa của cây nhằm tránh phát triển quá mức.

2. Sinh trắc nghiệm auxin

Để xác định và định lượng hoạt tính sinh học của Auxin – một trong những hormone sinh trưởng quan trọng nhất ở thực vật, các nhà khoa học đã phát triển nhiều phương pháp sinh trắc nghiệm khác nhau. Dưới đây là các phương pháp phổ biến, dựa trên phản ứng sinh lý đặc trưng do auxin gây ra:

Sinh trắc nghiệm sự cong của diệp tiêu yến mạch (Avena curvature test)

Nguyên lý: Dựa vào hiện tượng vươn dài không đều của tế bào hai bên phiến lá non (diệp tiêu) của cây yến mạch Avena.
Cách thực hiện: Sau khi cắt rời đỉnh chồi yến mạch, người ta đặt auxin lên một bên của diệp tiêu. Auxin làm các tế bào bên đó giãn dài hơn, gây ra hiện tượng cong về phía ngược lại.
Ý nghĩa: Đây là một trong những sinh trắc nghiệm cổ điển, nhạy và chuyên biệt nhất để phát hiện auxin tự nhiên hoặc tổng hợp với liều lượng cực nhỏ.

Sinh trắc nghiệm sự vươn dài thẳng của diệp tiêu yến mạch

Nguyên lý: Dựa trên khả năng auxin kích thích sự kéo dài đều của tế bào khi auxin được đặt đồng đều lên toàn bộ phiến lá.
Khác biệt: Phép thử này ít chuyên biệt hơn so với phép thử Avena curvature ở trên nhưng vẫn có giá trị để đánh giá tổng thể hoạt tính kích thích sinh trưởng.

Sinh trắc nghiệm lóng thân đậu cô ve (Phaseolus test)

Nguyên lý: Dựa trên khả năng auxin kích thích sự kéo dài đoạn lóng thân non của cây đậu cô ve.
Ưu điểm: Phép thử này không nhạy cảm với nhiệt độ và có thể thực hiện trong điều kiện ánh sáng, thuận lợi cho các nghiên cứu thực địa.

Sinh trắc nghiệm sự tạo rễ bất định trên thân đậu xanh (Vigna test)

Nguyên lý: Auxin có khả năng kích thích sự phát sinh rễ bất định từ các đoạn thân hoặc cành giâm.
Ứng dụng: Dùng để đánh giá hiệu quả của các dạng auxin (IAA, IBA, NAA…) trong nhân giống vô tính và ra rễ cành giâm.

Sinh trắc nghiệm biểu hiện gene ở cây thuốc lá biến đổi gen (Tobacco cell assay)

Nguyên lý: Sử dụng nguyên tế bào (protoplast) từ cây thuốc lá đã được chuyển gen mang các gene thể thảm (chimeric gene) điều khiển bởi yếu tố đáp ứng auxin hoặc cytokinin. Khi có mặt auxin, hệ gene này sẽ kích hoạt tạo ra phản ứng màu.
Ứng dụng: Phép thử hiện đại này cho phép định lượng chính xác nồng độ auxin và cytokinin thông qua phản ứng màu học dưới ánh sáng – phù hợp với các nghiên cứu sinh học phân tử, công nghệ sinh học.

3. Sự trao đổi chất của Auxin trong cây – Cơ chế điều hòa chính xác sự sinh trưởng

Trong cây, auxin (chủ yếu là IAA – indole-3-acetic acid) được điều hòa nghiêm ngặt thông qua ba quá trình chính: tổng hợp mới, phân hủy, và chuyển hóa thuận nghịch giữa dạng tự do và dạng liên kết. Đây là cơ chế đảm bảo hàm lượng auxin luôn phù hợp với nhu cầu sinh trưởng của cây tại từng thời điểm, từng vị trí.

3.1. Sự tổng hợp Auxin

Vị trí tổng hợp chính: Auxin được tổng hợp chủ yếu tại chồi ngọn – nơi có hoạt động sinh trưởng mạnh mẽ. Sau khi được tổng hợp, auxin được vận chuyển phân cực từ đỉnh xuống gốc (basipetal), và không có sự vận chuyển ngược lại. Vì vậy, càng cách xa đỉnh chồi, hàm lượng auxin càng giảm.
Các cơ quan phụ: Ngoài chồi ngọn, một số cơ quan đang sinh trưởng mạnh như lá non, quả non, phôi hạt… cũng có khả năng tổng hợp auxin nhưng với lượng nhỏ hơn.
Tiền chất tổng hợp: Chất tiền thân quan trọng để tổng hợp IAA trong cây là axit amin tryptophan, thông qua nhiều con đường enzyme khác nhau như IPA (indole-3-pyruvic acid) hay TAM (tryptamine).

3.2. Sự phân hủy Auxin

Auxin có thể bị phân hủy khi đã thực hiện xong chức năng sinh lý hoặc bị tích tụ quá mức trong mô thực vật.
Cơ chế phân hủy chính là thông qua enzyme IAA oxidase, xúc tác quá trình oxy hóa IAA thành các chất không còn hoạt tính sinh lý, điển hình như 3-methylene-oxindole.
Phân hủy cũng có thể xảy ra qua con đường quang oxy hóa (dưới ánh sáng mạnh) hoặc thông qua các enzyme khác.
Rễ cây là nơi phân hủy mạnh auxin, bởi vì auxin vận chuyển xuống rễ nhưng không được vận chuyển ngược lại, nên để tránh tích tụ, cây phải phân hủy auxin tại đây.

3.3. Sự chuyển hóa thuận nghịch giữa auxin tự do và liên kết

IAA tự do là dạng có hoạt tính sinh lý cao, nhưng chỉ chiếm khoảng 5% tổng lượng auxin trong cây.
IAA liên kết là dạng auxin không hoạt tính hoặc hoạt tính yếu, được cây dự trữ dưới dạng liên kết với axit amin (IAA-Aspartate, IAA-Alanine…) hoặc với đường (IAA-glucoside…). Khi cây cần, các dạng liên kết này có thể được giải phóng trở lại thành IAA tự do thông qua các enzyme thủy phân.
Cơ chế chuyển hóa này giúp duy trì cân bằng nội sinh auxin, điều chỉnh sự sinh trưởng theo điều kiện môi trường hoặc nhu cầu phát triển của cây.

Ba quá trình: tổng hợp – phân hủy – chuyển hóa thuận nghịch giữa các dạng auxin là cơ chế điều hòa tinh vi giúp cây kiểm soát hàm lượng auxin một cách chính xác. Khi cây cần sinh trưởng, auxin sẽ được tổng hợp mới hoặc giải phóng từ dạng dự trữ. Ngược lại, khi dư thừa hoặc không cần thiết, auxin sẽ bị chuyển hóa hoặc phân hủy. Đây chính là cách cây tự điều chỉnh sự phát triển một cách thông minh, tối ưu hóa nguồn lực và thích nghi với môi trường.

4. Các loại auxin phổ biến và công thức cấu tạo

Auxin là một nhóm các hợp chất điều hòa sinh trưởng thực vật, đặc trưng bởi cấu trúc hóa học có chứa nhân indol – một vòng thơm chứa nitơ – và thường được tổng hợp từ acid amin tryptophan trong các mô phân sinh như chồi ngọn, lóng và lá non. Từ những vị trí này, auxin được vận chuyển phân cực xuống các bộ phận thấp hơn như thân và rễ, nơi chúng tích lũy để tham gia vào nhiều quá trình sinh trưởng như kéo dài tế bào, hình thành rễ, và phát triển quả.

Auxin đầu tiên được phát hiện và cũng là dạng phổ biến nhất trong tự nhiên là acid β-indole-3-acetic (IAA). Đây là auxin nội sinh – có nguồn gốc tự nhiên trong thực vật – và được xem là phytohormone thật sự, với độ tinh khiết có thể đạt trên 99% trong các nghiên cứu hoặc sản phẩm sinh học cao cấp.

Tuy nhiên, bên cạnh IAA, ngày nay con người đã tổng hợp được nhiều loại auxin nhân tạo nhằm mục đích sử dụng trong nông nghiệp, nghiên cứu sinh học, và kiểm soát sinh trưởng cây trồng. Các auxin tổng hợp này có hoạt tính sinh lý tương tự IAA nhưng không hoàn toàn giống nhau về cấu trúc hóa học.

Dựa trên đặc điểm cấu tạo phân tử, các loại auxin được phân chia thành 6 nhóm chính như sau:

Nhóm dẫn xuất Indole:
ndole-3-acetic acid (IAA) – auxin tự nhiên phổ biến nhất.
Indole-3-butyric acid (IBA) – auxin tổng hợp thường dùng để kích thích ra rễ ở cành giâm.

Nhóm dẫn xuất Benzoic acid:
2,3,6-Trichlorobenzoic acid
2-methoxy-3,6-dichlorobenzoic acid (Dicamba) – một loại auxin có tính diệt cỏ chọn lọc.

Nhóm dẫn xuất Chlorophenoxyacetic acid:
2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) – một chất diệt cỏ phổ biến.
2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid (2,4,5-T) – từng được sử dụng trong nông nghiệp nhưng hiện nay hạn chế do độc tính môi trường.

Nhóm Picolinic acid:
4-amino-3,5,6-trichloropicolinic acid – còn gọi là Pichloram hay Tordon, có hoạt tính diệt cỏ mạnh và tồn lưu lâu dài.

Nhóm Naphthalen acetic acid:
Alpha-NAA và Beta-NAA (Naphthaleneacetic acid) – auxin tổng hợp rất thông dụng, dùng trong nhân giống, kích rễ, chống rụng quả.

Nhóm Naphthoxyacetic acid:
Alpha-NOA và Beta-NOA (Naphthoxyacetic acid) – ít phổ biến hơn nhưng vẫn có mặt trong một số công thức thuốc điều hòa sinh trưởng.

Mỗi loại auxin nói trên có cường độ tác động, khả năng di chuyển và tính ổn định khác nhau, do đó được sử dụng linh hoạt tùy theo mục tiêu nông nghiệp hoặc nghiên cứu. Việc hiểu rõ cấu trúc và tính chất của từng nhóm auxin là nền tảng quan trọng để ứng dụng hiệu quả trong sản xuất cây trồng hiện đại, từ kích thích ra rễ, xử lý hoa, tăng đậu quả đến kiểm soát cỏ dại chọn lọc.

5. Vai trò sinh lý của Auxin:

5.1. Auxin có tác dụng kích thích mạnh lên sự giãn của tế bào

Làm cho tế bào phình to lên chủ yếu theo hướng ngang của tế bào. Sự giản của tế bào gây nên sự tăng trưởng của cơ quan và toàn cây. Auxin có hai hiệu quả lên sự giản của tế bào: Hoạt hóa sự dãn của thành tế bào và hoạt hóa sự tổng hợp nên các chất tham gia cấu tạo nên chất nguyên sinh và thành tế bào.

Khi tế bào được cung cấp auxin, auxin sẽ hoạt hóa bơm ion H+ trên màng sinh chất. Ion H+ được vận chuyển tích cực từ tế bào chất vào trong vách. Sự gia tăng đó làm hoạt hóa enzim giúp bẻ gãy một số liên kết chéo giữa các đường đa cấu tạo vách và vách trở nên mềm dẻo hơn. Vì vậy, nước vào tế bào và không bào càng lúc càng nhiều vách sẽ bị căng ra.

5.2. Auxin có tác dụng điều chỉnh tính hướng quang, hướng địa, hướng hóa hướng thủy,...

Tính hướng động là một đặc tính sinh học quan trọng của thực vật, thể hiện qua khả năng phản ứng định hướng trước các tác nhân kích thích từ môi trường bên ngoài. Ví dụ điển hình như: thân cây mọc hướng về ánh sáng (hướng quang), rễ cắm sâu xuống đất (hướng trọng lực), rễ tìm đến nguồn nước (hướng thủy) hoặc hóa chất như phân bón (hướng hóa).

Trong trường hợp hướng quang, khi cây được chiếu sáng một phía, nó sẽ uốn cong về phía có ánh sáng. Hiện tượng này là kết quả của sự phân bố không đều của auxin (IAA) – hormone tăng trưởng – giữa hai phía của thân. Cụ thể, phía khuất sáng sẽ tích lũy nhiều auxin hơn phía sáng do sự ảnh hưởng của điện thế màng và gradient ion. Auxin ở nồng độ phù hợp sẽ kích thích sự giãn dài tế bào, do đó các tế bào ở phía khuất sáng kéo dài nhanh hơn, khiến thân cây cong về phía ánh sáng.

Một ví dụ khác là tính hướng trọng lực (địa hướng động) – khả năng cảm nhận và phản ứng của cây với lực hút Trái Đất. Khi một cây được đặt nằm ngang:

Thân (chồi) có phản ứng gọi là địa hướng động âm – mọc ngược chiều trọng lực, hướng lên trên.
Rễ thể hiện địa hướng động dương – mọc theo chiều trọng lực, hướng xuống đất.

Theo thuyết Cholodny–Went, phản ứng này xảy ra do auxin tích tụ nhiều hơn ở phía dưới của thân hoặc rễ (do trọng lực tác động đến dòng vận chuyển auxin). Trong thân, auxin ở phía dưới sẽ kích thích mạnh sự giãn dài tế bào, khiến thân cong lên. Ngược lại, trong rễ, nồng độ auxin cao lại gây ức chế sinh trưởng (vì rễ nhạy cảm hơn với auxin), nên tế bào phía trên sinh trưởng nhanh hơn, khiến rễ cong xuống.

Điều thú vị là nếu ta loại bỏ chóp rễ (nơi cảm nhận trọng lực), phản ứng địa hướng động sẽ không xảy ra. Nhưng khi đặt lại chóp rễ, cây sẽ phục hồi khả năng cảm nhận trọng lực, cho thấy vai trò trung tâm của chóp rễ trong cơ chế hướng động.

Trong nghiên cứu, để kiểm soát tác động của trọng lực, người ta dùng thiết bị gọi là máy hồi chuyển (clinostat) – một thiết bị quay chậm giúp triệt tiêu ảnh hưởng của trọng lực theo mọi hướng. Nhờ đó, cây phát triển không theo một hướng xác định nào, được dùng làm đối chứng trong các thí nghiệm về hướng động.

5.3. Auxin ngăn cản sự phát triển của chồi bên, ưu thế chồi ngọn:

Ưu thế ngọn là một đặc tính sinh lý quan trọng của thực vật, thể hiện ở việc chồi ngọn (hoặc rễ chính) sinh trưởng mạnh sẽ ức chế sự phát triển của các chồi bên (hoặc rễ phụ). Khi chồi ngọn còn tồn tại, các chồi bên bị ức chế và không thể phát triển. Tuy nhiên, nếu chồi ngọn bị loại bỏ, sự ức chế này bị phá vỡ, tạo điều kiện cho chồi bên sinh trưởng mạnh mẽ.

Vai trò của auxin trong ưu thế ngọn được giải thích qua hai giả thuyết chính:

Quan điểm ức chế trực tiếp: Chồi ngọn là nơi tổng hợp auxin với nồng độ cao. Auxin sau đó được vận chuyển xuống các phần dưới của cây, nơi nó trực tiếp ức chế sự phát triển của các chồi bên. Khi chồi ngọn bị cắt bỏ, hàm lượng auxin giảm, sự ức chế bị phá vỡ và chồi bên bắt đầu phát triển.
Quan điểm ức chế gián tiếp: Theo giả thuyết này, auxin không trực tiếp ức chế chồi bên mà kích thích cây sản sinh ra một chất ức chế sinh trưởng khác, chẳng hạn như ethylene. Chính các chất ức chế thứ cấp này mới là yếu tố khiến chồi bên không phát triển được.

Dù theo cơ chế nào, auxin vẫn đóng vai trò trung tâm trong việc điều tiết ưu thế ngọn. Hiện tượng này còn liên quan đến sự cân bằng giữa hai hormone: auxin và cytokinin. Trong khi auxin được tổng hợp ở chồi ngọn và vận chuyển xuống, thì cytokinin được sản sinh từ rễ và di chuyển lên trên. Khi càng xa chồi ngọn (gần về phía rễ), tỉ lệ auxin/cytokinin giảm dần, khiến ưu thế ngọn yếu đi và chồi bên có cơ hội phát triển.

Ứng dụng thực tiễn trong sản xuất nông nghiệp: Việc cắt tỉa, tạo tán, hay cưa đốn các cây ăn quả, cây công nghiệp hoặc cây cảnh là những biện pháp kỹ thuật nhằm phá vỡ ưu thế ngọn. Điều này giúp kích thích sự phát triển của chồi bên, tạo hình dáng cân đối, đồng thời giúp trẻ hóa cây, phục hồi sinh trưởng và tăng năng suất cho vườn cây lâu năm.

5.4. Auxin kích thích sự phân chia tế bào thực vật

Auxin là một hormone sinh trưởng quan trọng, ảnh hưởng sâu sắc đến nhiều quá trình phát triển của cây trồng. Dưới đây là những tác động nổi bật của auxin:

Kích thích phân chia tế bào: Auxin thúc đẩy sự phân chia của các tế bào có nguồn gốc từ mô phân sinh tầng sinh gỗ. Khi ở nồng độ cao, auxin còn có khả năng kích thích hình thành mô sẹo – tiền đề cho việc tái sinh mô hoặc tạo callus trong nuôi cấy mô thực vật.
Kích thích hình thành rễ, nhưng ức chế phát triển rễ sơ khởi: Auxin với liều lượng cao giúp tạo ra các rễ sơ khởi, đặc biệt hữu ích trong quá trình giâm cành. Tuy nhiên, paradox thay, chính auxin cũng có thể ức chế sự phát triển tiếp theo của những rễ này nếu nồng độ vượt quá ngưỡng tối ưu.
Ứng dụng trong nhân giống và sản xuất nông nghiệp: Các chất mang cấu trúc tương tự auxin được sử dụng rộng rãi để kích thích ra rễ ở cành giâm, ức chế sự phát triển của chồi (ví dụ như mắt khoai tây), làm chậm quá trình chín quả – từ đó kéo dài thời gian bảo quản, hoặc thúc đẩy sự hình thành trái không hạt ở các loại cây có múi như cam, quýt.
Ứng dụng trong công nghệ nuôi cấy mô in vitro: Một số dạng auxin như 2,4-D được sử dụng để kích thích tạo mô sẹo, trong khi NAA (α-naphthaleneacetic acid) thường được dùng để kích thích ra rễ trong quá trình tái sinh cây.
Ức chế sự rụng lá và trái: Auxin còn có tác dụng làm chậm quá trình rụng tự nhiên của lá và trái. Việc phun auxin lên trái có thể giữ trái lâu hơn trên cây, giúp điều chỉnh thời điểm thu hoạch linh hoạt theo nhu cầu sản xuất.

5.5. Điều chỉnh sự hình thành rễ:

Auxin đóng vai trò trung tâm trong quá trình hình thành rễ, đặc biệt là rễ bất định – loại rễ phát sinh từ các cơ quan sinh dưỡng như thân, lá hoặc mô sẹo. Chính vì vai trò này mà auxin thường được ví như “hormone kích thích ra rễ” trong thực vật.

Trong kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật, vai trò của auxin được thể hiện rất rõ. Khi môi trường nuôi cấy chỉ bổ sung auxin (mà không có cytokinin), mô thực vật chỉ phát triển thành rễ, không hình thành chồi. Muốn tái sinh cây hoàn chỉnh, cần có sự cân bằng giữa auxin và cytokinin – trong đó auxin kích thích hình thành rễ, còn cytokinin thúc đẩy sự phát triển chồi.

Cơ chế hoạt động của auxin trong việc hình thành rễ bất định bắt đầu bằng việc hoạt hóa các tế bào tại vùng có khả năng hình thành rễ. Auxin làm tăng cường sự phân chia tế bào và thúc đẩy sự biệt hóa để tạo nên các mầm rễ. Sau đó, các mầm rễ này sinh trưởng, xuyên qua lớp vỏ tế bào và hình thành hệ rễ bất định hoàn chỉnh.

Trong thực tiễn nhân giống cây trồng, đặc biệt là kỹ thuật giâm cành, chiết cành hay nuôi cấy mô, việc xử lý auxin ngoại sinh là bước không thể thiếu nếu muốn thúc đẩy ra rễ nhanh và hiệu quả. Các hợp chất auxin thường dùng như IBA (Indole-3-butyric acid), NAA (α-Naphthaleneacetic acid) có hiệu lực cao hơn IAA (Indole-3-acetic acid) – loại auxin tự nhiên – vì chúng bền hơn, khó bị phân hủy bởi enzyme IAA oxidase, do đó tồn tại lâu hơn trong mô thực vật.

Từ cuối thế kỷ 19, nhà sinh lý thực vật Julius von Sachs (1880) đã đưa ra giả thuyết rằng trong các lá non và chồi đang hoạt động có chứa một chất điều hòa sinh trưởng có khả năng dẫn truyền và kích thích quá trình hình thành rễ. Ngày nay, chúng ta đã biết chất đó chính là auxin, mà cụ thể là IAA – dẫn xuất tự nhiên có khả năng kích thích sự hình thành rễ ở cành giâm.

5.6. Ứng dụng của auxin điều chỉnh sự chín của quả

Tác dụng kích thích sản sinh ethylen bởi auxin lần đầu tiên được ghi nhận trên cây cà chua bởi hai nhà khoa học Zimmerman và Wilcoxon vào năm 1935. Kể từ đó, nhiều nghiên cứu đã chứng minh auxin là một chất điều hòa sinh trưởng có khả năng thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp ethylen ở nhiều loài thực vật khác nhau như đậu xanh, lúa, cỏ lồng vực...

Trong quá trình chín của quả, ethylen đóng vai trò chính với tư cách là hormone kích thích quá trình chín, đặc biệt ở các loại quả climacteric (quả chín nhờ ethylen). Tuy nhiên, auxin lại thể hiện vai trò đối kháng với ethylen trong giai đoạn này. Sự cân bằng giữa auxin và ethylen chính là yếu tố quyết định đến trạng thái chín hay chưa chín của quả. Khi nồng độ auxin cao, nó có thể ức chế sự cảm ứng ethylen và làm chậm lại quá trình chín của quả.

Chính nhờ đặc tính này, auxin thường được ứng dụng để kéo dài thời gian bảo quản trái cây. Bằng cách xử lý auxin cho quả còn xanh trên cây hoặc sau khi thu hoạch, có thể làm chậm sự chín, giúp kéo dài thời gian thu hoạch, giảm thất thoát sau thu hoạch và thuận tiện hơn trong quá trình vận chuyển.

Không chỉ ảnh hưởng đến quá trình chín, auxin còn điều hòa nhiều quá trình sinh lý quan trọng khác trong cây trồng như trao đổi chất, vận động hướng sáng, hướng trọng lực, sự phân chia và giãn tế bào, cũng như các phản ứng sinh học phức tạp khác liên quan đến sự phát triển và thích nghi của cây với môi trường.

5.7. Điều chỉnh sự hình thành, sự sinh trưởng của quả và tạo quả không hạt

Sự gia tăng kích thước trái chủ yếu do sự nở rộng của tế bào gây ra. Auxin có liên quan đến sự nở rộng của tế bào và đóng vai trò cơ bản trong việc quyết định sự phát triển của trái. Vai trò mạnh mẽ của auxin trong sự phát triển trái gồm 2 yếu tố. Thứ nhất: là mối quan hệ giữa sự phát triển hột với kích thước cuối cùng và hình dạng trái. Thứ 2 là việc áp dụng auxin lên trái nào đó ở những giai đoạn đặc thù của sự phát triển sẽ gây ra sự đáp ứng.

Vai trò của auxin trong sự hình thành quả: Tế bào trứng sau khi thụ tinh xong sẽ phát triển thành phôi và sau đó là hạt. Bầu nhụy sẽ lớn lên thành quả. Phôi hạt là nguồn tổng hợp auxin quan trọng. Auxin này sẽ khuếch tán vào bầu và kích thích bầu sinh trưởng thành quả. Vì vậy quả chỉ được hình thành sau thụ tinh vì nếu không có thụ tinh thì không có nguồn auxin nội sinh cho sự sinh trưởng của bầu thành quả và hoa sẽ rụng.

Thông thường trên 1 cây, các quả có kích thước, hình dạng rất khác nhau. Điều đó hoàn toàn phụ thuộc vào hàm lượng auxin được tạo nên trong phôi hạt và cả sự phân bố auxin khác nhau theo các hướng của quả. Nếu sự vận chuyển của auxin đồng đều theo các hướng thì quả có dạng đều, còn nếu vận chuyển đó không đều ở các hướng khác nhau thì tạo nên quả có hình dáng không đều khác nhau.

Tạo quả không hạt: Việc xử lý auxin ngoại sinh, cho hoa trước khi thụ phấn, thụ tinh sẽ thay thế được nguồn auxin vốn được hình thành trong phôi mà không cần phải thụ phấn thụ tinh. Auxin xử lý sẽ khuếch tán vào bầu nhụy giống như auxin nội sinh từ phôi hạt và kích thích bầu lớn nhanh hình thành quả không thụ tinh, có nghĩa là quả không hạt.

5.8. Ứng dụng của auxin điều chỉnh sự rụng của lá, hoa và quả sự rụng:

Nếu cắt bỏ phiến lá non thì lá sẽ dễ rụng. Tuy nhiên cuống lá sẽ không rụng nếu được xử lý auxin như IAA. Sự rụng lá là do sự thành lập tầng rời và hiện tượng này bị chi phối bởi auxin. Xử lý auxin về phía lá của tầng rụng làm giảm sự lão hóa, về phía thân của tầng rụng kích thích sự lão hóa và gây ra sự dụng. Sự giảm auxin nội sinh trong lá hoặc các cơ quan khác của cây sẽ gây ra sự rụng.

Sự rụng lá, hoa, quả là do sự hình thành tầng rời ở cuống rời cơ quan khỏi cơ thể. Auxin có hiệu quả rõ rệt trong việc ức chế sự hình thành tầng rời vốn được cảm ứng hình thành bởi các chất ức chế sinh trưởng, do đó mà kìm hãm sự rụng của lá, hoa và đặc biệt có ý nghĩa lag kìm hãm sự dụng của quả. Thực chất thì sử dụng ngoài auxin còn được điều chỉnh bằng các hooc môn khác: ABA, và ethylen nữa (sự cân bằng hoocmon auxin/ABA + Etylen).

Ta có thể sử dụng các sản phẩm thuộc nhóm auxin khác nhau về bản chất hóa học nhưng hoạt tính sinh lý tương tự nhau: NAA (NAA trung quốc tan trong nước, NAA ấn độ), K - IAA tan trong nước, IBA (auxin tổng hợp) có tác dụng hạn chế sự dụng của lá, hoa, quả.

5.9 Ứng dụng auxin điều chỉnh giới tính cây

Việc xử lý auxin ngoại sinh có thể gây ra sự thay đổi về giới tính hoa ở một số loài thực vật, và hiện tượng này được cho là có liên quan mật thiết đến khả năng kích thích sinh tổng hợp ethylen của auxin. Ethylen là một hormone có vai trò quan trọng trong quá trình phân hóa giới tính, đặc biệt ở các loài cây có tính lưỡng tính về giới hoa.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng auxin có thể làm tăng số lượng hoa cái ở các loài thuộc họ bầu bí (Cucurbitaceae), từ đó góp phần nâng cao tỷ lệ đậu trái và năng suất. Ngược lại, trên cây chôm chôm – một loài cây ăn trái nhiệt đới – việc xử lý auxin lại có xu hướng thúc đẩy sự phát triển của hoa đực.

Sự khác biệt này cho thấy tác động của auxin đến giới tính hoa không hoàn toàn đồng nhất, mà còn phụ thuộc vào loài cây, giai đoạn sinh trưởng và tương tác với các hormone khác, đặc biệt là ethylen. Việc hiểu rõ cơ chế này có thể mở ra hướng ứng dụng quan trọng trong kỹ thuật điều khiển ra hoa và nâng cao năng suất trong nông nghiệp.

6. Hàm lượng Auxin trong cây trồng

Hàm lượng auxin không đồng đều giữa các cơ quan trên cây và có sự thay đổi tùy thuộc vào độ tuổi sinh lý của cây cũng như điều kiện ngoại cảnh. Thông thường, các cơ quan còn non, đang trong giai đoạn sinh trưởng mạnh như chồi non, lá non hay đỉnh sinh trưởng sẽ chứa hàm lượng auxin cao hơn so với các cơ quan đã trưởng thành hoặc đã già cỗi.

Tuy nhiên, mỗi cơ quan lại có mức độ phản ứng khác nhau đối với nồng độ auxin. Không phải cứ auxin cao là sẽ thúc đẩy sinh trưởng trên mọi bộ phận. Ví dụ, thân cây thường phản ứng sinh trưởng ở nồng độ auxin cao hơn so với rễ và chồi. Trong khi đó, rễ lại nhạy cảm hơn và có thể bị ức chế nếu nồng độ auxin vượt ngưỡng tối ưu.

Điều này cho thấy sự tinh vi trong cách thực vật điều hòa sinh trưởng: không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng auxin, mà còn vào mức độ đáp ứng đặc trưng của từng bộ phận trong từng giai đoạn phát triển cụ thể. Đây là cơ sở quan trọng trong việc ứng dụng auxin vào sản xuất nông nghiệp một cách hiệu quả.

7. Các Auxin được sử dụng nhiều trong nông nghiệp

Tên chất	Viết tắt	Trọng lượng phân tử	Dung môi	Nhiệt độ bảo quản
Tên chất	Viết tắt	Trọng lượng phân tử	Dung môi	Dạng bột	Dạng lỏng
3-Indoleacetic acid	IAA	175.2	1N NaOH	0^oC	0^oC
3-Indolebutyric acid	IBA	203.2	1N NaOH	2-8^oC	0^oC
α-Naphthaleneacetic acid	NAA	186.2	1N NaOH	-	2-8^oC
2,4-Dichlorophenoxyacetic acid	2,4-D	221.0	Water	-	2-8^oC
2,4,5-Trichlorophenoxyacetic acid	2,4,5-T	255.5	EtOH	-	2-8^oC
p-Chlorophenoxyacetic acid	4-CPA	158.1	EtOH	-	2-8^oC
2-Methyl-4-chlorophenoxyacetic acid	MPCA	-	-	-	-
β-Naphthyloxyacetic acid	NOA	202.2	1N NaOH	-	2-8^oC
3,6-Dichloro-2-methoxybenzoic acid	Dicamba	186.6	-	-	-
4-Amino-3,5,6-trichloropicolinic acid	Picloram	241.5	DMSO	-	2-8^oC
Phenylacetic acid	PAA	136.2	EtOH	-	2-8^oC
2,3,5-Triiodobenzoic acid	TIBA	499.8	1N NaOH	0^oC	0^oC

8. Ứng dụng các hợp chất Auxin trong trồng trọt.

Tăng đậu quả, kích thích sinh trưởng quả và tạo quả không hạt

Thông thường, quả chỉ hình thành sau khi quá trình thụ tinh xảy ra. Nếu không được thụ tinh, hoa sẽ rụng do không có nguồn cung cấp chất điều hòa sinh trưởng nội sinh – trong đó auxin đóng vai trò chủ đạo. Phôi hạt chính là nơi tổng hợp các hormone sinh trưởng này và vận chuyển vào bầu nhụy để kích thích nó phát triển thành quả. Do đó, hình dạng và kích thước quả phụ thuộc lớn vào lượng hormone được sản sinh từ phôi hạt.

Tuy nhiên, bằng cách bổ sung auxin và gibberellin ngoại sinh, người ta có thể thay thế vai trò này của phôi, từ đó chủ động điều khiển sự phát triển của bầu nhụy thành quả mà không cần thụ tinh – dẫn đến sự hình thành quả không hạt (hiện tượng quả đơn tính hay quả trinh sản).

Đối với các loài như cà chua, bầu, bí, cam, chanh,... auxin ngoại sinh như α-NAA (10–20 ppm) hoặc 2,4-D (5–10 ppm) được sử dụng hiệu quả. Trong khi đó, các loại cây như nho, anh đào,... lại phản ứng tốt hơn với gibberellin ở nồng độ 20–50 ppm.

Phòng ngừa rụng quả

Rụng quả xảy ra khi tầng rời ở cuống lá hoặc cuống quả hình thành – đây là hiện tượng sinh lý bình thường nhưng có thể gây mất năng suất nếu xảy ra quá sớm. Auxin có khả năng ức chế quá trình hình thành tầng rời này, giúp duy trì quả non trên cây. Do đó, phun auxin như α-NAA (10–20 ppm) lên lá hoặc quả non có thể giúp kéo dài thời gian tồn tại của quả và giảm hiện tượng rụng sinh lý.

Kéo dài thời gian chín của quả

Sự chín của quả là kết quả của quá trình trao đổi hormone phức tạp, trong đó tỉ lệ giữa auxin và ethylene đóng vai trò then chốt. Khi muốn làm chậm quá trình chín để kéo dài thời gian bảo quản, người ta tăng hàm lượng auxin nhằm làm mất cân bằng tỷ lệ này. Việc phun auxin lên quả xanh hoặc quả sắp chín đang còn trên cây giúp làm chậm tiến trình chín, từ đó bảo quản quả lâu hơn. Trước đây, 2,4-D (10–15 ppm) được sử dụng phổ biến, nhưng hiện nay α-NAA (10–20 ppm) là lựa chọn an toàn và hiệu quả hơn.

Diệt trừ cỏ dại

Ở nồng độ cao, auxin không còn là chất điều hòa sinh trưởng mà có thể gây hại cho cây – chính đặc tính này được ứng dụng để diệt cỏ dại. Các hợp chất như 2,4-D và 2,4,5-T từng được dùng rộng rãi để tiêu diệt cỏ dại, đặc biệt là các loài cỏ lá rộng. Tuy nhiên, do lo ngại về độc tính môi trường, hiện nay các hợp chất mới, an toàn và hiệu quả hơn đã được phát triển thay thế.

Một số auxin phổ biến trong nông nghiệp

Hiện nay, nhiều hợp chất có hoạt tính auxin đang được ứng dụng rộng rãi và cho kết quả tốt trong sản xuất nông nghiệp. Một số cái tên tiêu biểu gồm:

NAA (α-naphthaleneacetic acid)
IBA (indole-3-butyric acid)
K-IAA (indole-3-acetic acid ở dạng kali muối)

Những chất này được sử dụng linh hoạt trong nhiều quy trình như: kích thích ra rễ, tăng đậu trái, hạn chế rụng, tạo quả không hạt và điều chỉnh tốc độ chín.

Bạn tham khảo thêm

Modal title