Gibberellin (GA)

Nội dung chính

1. Gibêrelin (Gibberellin) là gì? Nguồn gốc Gibêrelin (Gibberellin):

2. Công thức cấu tạo Gibêrelin (Gibberellin)

3. Vai trò sinh lý của Gibêrelin (Gibberellin)

4. Sự liên hệ của Gibêrelin (Gibberellin) với auxin:

5. Một số ứng dụng của Gibêrelin (Gibberellin)

Gibêrelin (Gibberellin) là gì? Nguồn gốc Gibêrelin (Gibberellin):

Gibêrelin, hay còn gọi là Gibberellin, là một nhóm hormone sinh trưởng thực vật có vai trò rất quan trọng trong việc điều hòa quá trình phát triển của cây trồng. Chúng ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự kéo dài tế bào, tăng trưởng thân, phá ngủ hạt, kích thích ra hoa, hình thành quả và nhiều quá trình sinh lý khác.

Hiện nay, người ta đã phát hiện và phân lập được hơn 100 loại gibberellin khác nhau (ký hiệu là GA1, GA2, GA3…), trong đó GA3 (axit gibêrellic) là dạng phổ biến và được sử dụng nhiều nhất trong nông nghiệp.

Tự nhiên: Gibêrelin được sản xuất một cách tự nhiên trong mô non của cây, như chồi non, lá non, rễ, hạt đang nảy mầm và quả non. Ở cây trưởng thành, gibberellin giúp duy trì quá trình phát triển và ra hoa.

Nguồn gốc vi sinh vật: Gibêrelin được phát hiện lần đầu tiên vào những năm 1930 ở Nhật Bản, khi các nhà khoa học nghiên cứu một loại nấm gây bệnh trên lúa tên là Fusarium fujikuroi. Loại nấm này gây ra bệnh “lúa vươn cao bất thường” (bakanae – nghĩa là “cây ngốc”) do tiết ra một chất kích thích tăng trưởng quá mức – sau này được xác định là gibberellin.

Sản xuất công nghiệp: Ngày nay, gibberellin (đặc biệt là GA3) được sản xuất quy mô lớn bằng phương pháp lên men vi sinh, sử dụng nấm Fusarium moniliforme hoặc Gibberella fujikuroi, để phục vụ trong nông nghiệp như: xử lý hạt giống, kích thích ra hoa, đậu quả, kéo dài thân…

Công thức cấu tạo Gibêrelin (Gibberellin)

Gibêrelin không phải là một hợp chất đơn lẻ, mà là một nhóm các hợp chất diterpenoid có cấu trúc tương tự nhau, được gọi chung là Gibberellins (ký hiệu là GA1, GA3, GA4, GA7, v.v…). Trong số đó, GA₃ (axit gibêrelic) là loại phổ biến và được nghiên cứu nhiều nhất.

Công thức của GA3: C₁₉H₂₂O₆

GA₃ là một axit diterpenic, có cấu trúc gồm 4 vòng không thơm (gọi là khung gibban), với các nhóm chức oxy hóa khác nhau (hydroxyl, carboxyl, keton) làm nên hoạt tính sinh học.

Cấu trúc không gian (3D) tương đối phức tạp, nhưng bạn có thể hình dung cơ bản như sau:

Lưu ý: Cấu trúc này chỉ là biểu diễn sơ lược để minh họa, không phản ánh chính xác cấu trúc hóa học không gian đầy đủ.

Vai trò sinh lý của Gibêrelin (Gibberellin)

Gibêrelin (Gibberellin) kích thích sự kéo dài tế bào:

GA kích thích sự kéo dài của tế bào (không bằng cơ chế sinh trưởng acid như auxin), tuy nhiên trong thực tế GA luôn xuất hiện cùng auxin - có thể tác dụng kéo dài của GA phụ thuộc vào auxin.

Gibêrelin (Gibberellin) kích thích sinh trưởng chiều cao thân, chiều dài cành, rễ, kéo dài lóng cây hoà thảo:

Gibêrelin (GA) có tác dụng sinh lý rõ rệt nhất là kích thích sự kéo dài thân, cành, rễ và lóng cây, đặc biệt ở các loài hòa thảo. Cơ chế chính là thúc đẩy mạnh pha giãn của tế bào theo chiều dọc, giúp cây vươn cao nhanh chóng.

Khi xử lý GA, cây tăng sinh trưởng dinh dưỡng rõ rệt, dẫn đến gia tăng nhanh sinh khối. Ví dụ: đậu xanh, đậu tương có thể chuyển từ dạng bụi thành dạng leo; cây đay cao gấp 2–3 lần bình thường.

Đặc biệt, với các giống đột biến lùn do khiếm khuyết gen tổng hợp GA nội sinh, việc bổ sung GA ngoại sinh giúp phục hồi tăng trưởng chiều cao rất hiệu quả.

Gibêrelin (Gibberellin) kích thích sự phân chia tế bào:

GA không những kích thích sự sinh trưởng mà còn thúc đẩy sự phân chia tế bào. GA kích thích sự phân chia tế bào bằng cách khởi động một số gene CDK (cyclin-dependent protein kinase) có vai trò trong điều hoà chu trình tế bào (chuyển tế bào từ pha G1 sang pha S)

Gibêrelin (Gibberellin) kích thích sự nảy mầm, nảy chồi của các mầm ngủ, của hạt và củ:

Gibêrelin (GA) có vai trò quan trọng trong việc phá vỡ trạng thái ngủ nghỉ của hạt, chồi, củ và căn hành, kích thích chúng nảy mầm và sinh trưởng trở lại. Khi cây chuyển từ giai đoạn nghỉ sang phát triển, hàm lượng GA nội sinh thường tăng lên, đặc biệt là tại các bộ phận như hạt đang nảy mầm hoặc chồi chuẩn bị bật lên.

GA thúc đẩy quá trình nảy mầm bằng cách kích thích tổng hợp và tăng hoạt tính các enzyme thủy phân như amylase, protease, phosphatase, giúp phân giải tinh bột và các chất dự trữ thành đường và dưỡng chất đơn giản, cung cấp năng lượng và nguyên liệu cần thiết cho sự phát triển ban đầu.

Việc xử lý GA từ bên ngoài có thể phá vỡ cả trạng thái ngủ sâu, giúp hạt, củ hoặc chồi nảy mầm sớm và đồng loạt – rất hữu ích trong sản xuất nông nghiệp.

Kích thích ra hoa và phân hóa giới tính hoa:

Gibêrelin (GA) có vai trò rõ rệt trong việc kích thích ra hoa, đặc biệt là ở những loài cây thuộc nhóm cây ngày dài – giúp chúng ra hoa ngay cả trong điều kiện ngày ngắn (Lang, 1956). GA thúc đẩy sự kéo dài và phát triển nhanh của cụm hoa, góp phần rút ngắn thời gian ra hoa.

Ngoài ra, GA còn ảnh hưởng đến sự phân hóa giới tính của hoa, thể hiện qua việc kích thích hình thành hoa đực và ức chế sự phát triển hoa cái ở một số loài.

Giống như Auxin, GA cũng có khả năng tăng kích thước quả và tạo quả không hạt, đặc biệt hiệu quả khi phối hợp cùng với Auxin.

Gibêrelin (Gibberellin) kích thích hình thành quả và tạo quả không hạt (tương tự auxin)

Xử lý GA tăng tỷ lệ đậu quả và quả không hoặc ít hạt, tăng kích thước quả, tăng năng suất quả. Cả Auxin và GA phải hiện diện trong quả để có thể đậu quả. Một số cây trồng (nho, anh đào…) có phản ứng đặc hiệu với GA

Sự liên hệ của Gibêrelin (Gibberellin) với auxin:

Trong phần lớn các trường hợp, GA có hoạt động bổ sung cho auxin:

- Auxin kích thích tượng tầng, GA kích thích mô phân sinh lóng.

- Auxin kích thích sự kéo dài tế bào của các tế bào dẫn xuất từ mô phân sinh (vùng dưới ngọn, vùng kéo dài); GA kích thích sự kéo dài của các tế bào có nguồn gốc từ mô phân sinh lóng.

- Auxin cản chồi nách; GA kích thích sự tăng trưởng chồi và gỡ vài sự ngủ của chồi và phôi.

- Auxin kích thích sự tạo rễ; GA không có hiệu ứng này (đôi khi có hiệu ứng nghịch).

Một số ứng dụng của Gibêrelin (Gibberellin)

GA đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp và đã mang lại những hiệu quả to lớn như kích thích sự sinh trưởng của cây để tăng sản lượng (như với các rau ăn lá), kích thích ra hoa nhanh và nhiều, hạn chế rụng hoa, rụng quả non và tăng kích thước của quả (với các cây lấy quả), kích thích hạt nẩy mầm (với lúa…) và nhiều ứng dụng khác. Với mỗi nhóm cây có thể sử dụng GA tùy theo mục đích.

* Đối với cây lúa: Thường sử dụng GA để kích thích hạt nẩy mầm, kích thích đẻ nhánh, kích thích bông lúc trổ nhanh và thoát, hạn chế nghẹn bông.

* Đối với cây mía: Phun vào giai đoạn bắt đầu vươn lóng làm lóng dài và to, có thể tăng năng suất 20-30%. Phun GA cho cây đay có thể làm chiều cao cây tăng gấp 2 lần.

* Đối với các loại rau ăn lá: như rau cải, rau muống, rau dền… phun 2-3 lần ở giai đoạn cây sinh trưởng mạnh có thể tăng năng suất trên 30%.

* Đối với cà phê, điều và các cây ăn quả: (nhãn, vải, xoài, chôm chôm, táo, vú sữa…) để kích thích cây ra hoa nhiều, nhanh và đồng loạt phun GA khi mầm hoa bắt đầu hình thành, khoảng 20-30 ngày trước khi trổ hoa chính vụ hoặc sau khi đã thực hiện các biện pháp xử lý ra hoa (để khô hạn, bóc khoanh vỏ hoặc phun, tưới thuốc), phun GA lúc này còn làm tăng tỉ lệ đậu quả, hạn chế rụng hoa và quả non.

Một kết quả nghiên cứu của Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh cho thấy khi phun GA cho cà phê vào giai đoạn hoa bắt đầu hình thành làm cho 80% hoa nở tập trung trong thời gian ngắn 15-20 ngày, quả chín đồng loạt, thuận lợi cho thu hoạch.

- Phun GA khi quả bắt đầu lớn làm quả lớn nhanh, quả to và ít bị rụng. Ở nhiều nước trong nghề trồng nho sử dụng GA rất phổ biến để tăng năng suất và chất lượng nho, có thể làm nho ít hạt hoặc không hạt. Phun cho nho 2 lần khi mầm hoa mới nhú và khi quả mới hình thành.

- Phun GA lên lá và quả khi quả già sắp chín để neo quả trên cây, làm chậm thời gian thu hoạch để giãn vụ hoặc chờ giá cao, với cam quýt, chanh có thể chậm thu hoạch hàng tháng.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã nghiên cứu thành công biện pháp phá ngủ nghỉ cho củ khoai tây thu hoạch vụ đông để có mầm kịp trồng vụ xuân bằng phun dung dịch GA, tỉ lệ củ nẩy mầm đạt trên 90% trong 5-7 ngày.

Ngoài những ứng dụng phổ biến trên đây, GA còn được sử dụng với nhiều mục đích khác như tạo nhiều hoa đực trong sản xuất hạt giống, kích thích xà lách, bắp cải, xu hào ra hoa trong điều kiện nhiệt độ cao, rút ngắn thời gian ra hoa cho cây hoa cảnh (cúc, huệ, lay-ơn…). Trong nghề làm bia, GA được sử dụng để kích thích nẩy mầm cho hạt lúa mì, mạch, ngô, giảm chi phí sản xuất men, tăng chất lượng men, rút ngắn thời gian làm men. Ước tính hiện có khoảng 50% khối lượng GA sản xuất trên thế giới được sử dụng trong công nghệ sản xuất rượu bia.

Ngoài GA3 đã được sử dụng phổ biến, gần đây người ta đã phát hiện và sử dụng GA4, GA7 cho cây trồng. GA4 và GA7 mang đầy đủ đăc tính và công dụng như GA3 nhưng sử dụng trong thực tế có phần thuận tiện và an toàn hơn. Xử lý GA3 cây vươn cao mạnh nhưng chiều ngang không tăng nên cây mảnh khảnh, yếu ớt, dễ đổ gẫy. Xử lý GA4 và GA7 cây vươn cao vừa phải với dáng cân đối, vững chắc hơn.

Ở nước ta hiện nay các chế phẩm Gibêrelin (Gibberellin) hầu hết là GA3.

Cũng như các chất điều hòa sinh trưởng thực vật khác, các GA thể hiện hiệu quả với cây ở liều rất thấp và phụ thuốc nhiều vào đặc điểm cây và thời điểm sử dụng. Không tự ý tăng liều lượng và cần áp dụng đúng kỹ thuật sử dụng để có hiệu quả cao và không gây ảnh hưởng xấu tới cây. Chú ý kết hợp cung cấp nước và dinh dưỡng theo yêu cầu. Các GA thuộc nhóm độc IV (LD50 qua miệng > 15.000mg/kg), tuy rất ít độc với người nhưng khi sử dụng cũng cần đảm bảo thời gian cách ly....

Bạn tham khảo thêm

	GA	Auxin
Cấu tạo	Có một vòng gibban cơ bản Chỉ có nguyên tố C, H, O Nhân Gibêrelin (Gibberellin)	Có vòng indol hoặc vòng phenol Luôn có N trong công thức cấu tạo Nhân Indol
Tổng hợp	Tiền chất là acid mevalonic	Tiền chất là triptophan
Tác dụng sinh lý	Kích thích sinh trưởng kéo dài của cây	Kích thích sự sinh trưởng giãn của tế bào theo mọi hướng

Modal title