Etilen (C2H4) - Ethylene

Nội dung chính

1. Ethylene (Etilen) là gì? Nguồn gốc phát hiện và đặc tính của Ethylene (Etilen)

2. Hiệu ứng sinh học của Ethylene (Etilen)

2.1. Ethylene và quá trình chín của quả

2.2. Ethylene và hiện tượng rụng

2.3. Ethylene và sự ứng động (vận động cảm ứng)

2.4. Ethylene và sự giãn tế bào theo hướng bên

2.5. Ethylene và phá ngủ

2.6. Ethylene và cảm ứng ra hoa

2.7. Ethylene và sự già hóa lá

2.8. Ethylene và sự phát triển cây con

2.9. Ethylene cũng thường kích thích hình thành rễ phụ, đặc biệt ở các cành giâm.

3. Cơ chế tác dụng của Ethylene (Etilen):

Ethylene (Etilen) là gì? Nguồn gốc phát hiện và đặc tính của Ethylene (Etilen)

Ethylene (Etilen) là một hợp chất khí hữu cơ đơn giản, có công thức hóa học C₂H₄ (CH₂=CH₂). Đây là một phytohormone (hormone thực vật) tồn tại ở dạng khí, đóng vai trò quan trọng trong điều hòa sinh trưởng, phát triển và quá trình chín của quả.

Năm 1917, lần đầu tiên con người nhận ra ethylene có khả năng kích thích quả chín. Đến giai đoạn 1933–1937, nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh ethylene được sản sinh tự nhiên trong mô thực vật, đặc biệt với hàm lượng cao ở các loại quả đang chín.

Năm 1935, nhà khoa học Crocker và cộng sự (Mỹ) đã đề xuất ethylene là một hormone thực vật thúc đẩy quá trình chín. Những nghiên cứu sau đó, nhờ áp dụng các phương pháp phân tích có độ nhạy cao, đã phát hiện ethylene có mặt trong tất cả các mô của cây – từ rễ, thân, lá đến hoa và quả.

Ethylene được hình thành tự nhiên trong quá trình trao đổi chất của cây, tồn tại với lượng rất nhỏ nhưng có khả năng khuếch tán dễ dàng giữa các tế bào và mô. Dù ở nồng độ thấp, ethylene vẫn tạo ra tác động sinh lý mạnh mẽ, ảnh hưởng đến hầu hết các giai đoạn phát triển của thực vật – từ nảy mầm, ra hoa, rụng lá, chín quả cho đến quá trình lão hóa.

Hiệu ứng sinh học của Ethylene (Etilen)

Ethylene (Etilen) là một hormone thực vật dạng khí, hoạt động mạnh ở nồng độ rất thấp trong không khí (khoảng 0,01–10 µl/l). Đây là chất điều tiết sinh trưởng có vai trò then chốt trong nhiều quá trình sinh lý của cây trồng.

Ethylene (Etilen)

Ethylene và quá trình chín của quả

Ethylene thúc đẩy quá trình chín, đặc biệt ở các loại quả hô hấp đột biến (climacteric fruits) như chuối, xoài, cà chua, táo… Ví dụ, một quả táo chín có thể phát ra Ethylene, làm quả chuối đặt gần đó chín nhanh hơn.
Trong bảo quản thương mại, để làm chậm quá trình chín, người ta:

Giảm hoặc loại bỏ Ethylene trong kho bảo quản.
Hạ nhiệt độ.
Giảm độ thoáng khí để ức chế tổng hợp Ethylene.

Ethylene và hiện tượng rụng

Rụng lá, hoa, quả hoặc cành diễn ra tại lớp tế bào rời ở cuống. Tỷ lệ Ethylene/Auxin là yếu tố quyết định:

Ethylene kích thích quá trình rụng.
Auxin ức chế quá trình này.
Rụng là một phản ứng sinh lý bình thường, giúp cây lâu năm thích nghi với mùa bất lợi và tái tạo tán lá khi mùa thuận lợi trở lại.

Ethylene và sự ứng động (vận động cảm ứng)

Ethylene cùng Auxin gây ra các phản ứng vận động cảm ứng. Auxin thường kích thích tổng hợp Ethylene gián tiếp. Ví dụ: khi rễ cà chua bị ngập nước hoặc thiếu oxy, Ethylene được sản sinh nhiều hơn ở thân và cành, dẫn đến thay đổi hướng phát triển hoặc hình dạng mô.

Ethylene và sự giãn tế bào theo hướng bên

Ở cây mầm đậu Hà Lan mọc trong tối, nồng độ Ethylene khoảng 0,1 ml/l làm giảm tăng trưởng theo chiều dài nhưng tăng giãn nở theo chiều ngang, tạo hiện tượng phình to ở vùng dưới móc câu.

Ethylene và phá ngủ

Ethylene phá vỡ trạng thái ngủ của hạt và chồi, thúc đẩy nảy mầm ở nhiều loài, đặc biệt ở ngũ cốc và đậu phộng. Nó cũng được sử dụng để kích thích nảy mầm củ khoai tây hoặc các loại củ, thân rễ và hành.

Ethylene và cảm ứng ra hoa

Ethylene thường ức chế trổ hoa ở nhiều loài, nhưng kích thích ra hoa ở một số cây như dứa (khóm), xoài và vải.
Trong sản xuất, cây có thể được xử lý trực tiếp bằng Ethylene hoặc thông qua chất phóng thích Ethylene như Ethrel (2-chloroethyl phosphonic acid). Ethrel ở pH thích hợp không giải phóng Ethylene, nhưng khi pH tăng, nó phân hủy thành Ethylene.
Ethylene cũng có thể thay đổi giới tính hoa ở cây đơn tính, ví dụ kích thích hình thành hoa cái ở dưa chuột.

Ethylene và sự già hóa lá

Ethylene làm tăng tốc độ già hóa lá, thúc đẩy phân hủy diệp lục, làm lá vàng và rụng. Sự tăng sản xuất Ethylene gắn liền với hiện tượng này.

Ethylene và sự phát triển cây con

Năm 1901, Neljubow mô tả “đáp ứng bộ ba” của cây con dưới tác động Ethylene:

Ức chế vươn dài.
Tăng bề ngang của thân.
Làm thân cong lại.
Ngày nay, người ta biết Ethylene có thể vừa ức chế vừa kích thích vươn dài ở thân, rễ hoặc các cơ quan khác, tùy vào thời gian và điều kiện tác động.

Ethylene cũng thường kích thích hình thành rễ phụ, đặc biệt ở các cành giâm.

Cơ chế tác dụng của Ethylene (Etilen):

Ethylene (Etilen) là một hormone thực vật dạng khí có vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý, đặc biệt là kích thích chín quả và thúc đẩy sự rụng.

Kích thích quá trình chín quả
Ethylene trước tiên làm tăng tính thấm của màng tế bào trong phần thịt quả. Khi màng trở nên thấm hơn, các enzym vốn bị ngăn cách với cơ chất bởi màng sẽ có điều kiện tiếp xúc trực tiếp, từ đó khởi động hàng loạt phản ứng sinh hóa liên quan đến sự chín.
Bên cạnh đó, Ethylene còn hoạt hóa quá trình tổng hợp mới nhiều loại enzym, bao gồm:

Enzym hô hấp: thúc đẩy tăng tốc độ hô hấp, tạo năng lượng cho các biến đổi trong giai đoạn chín.
Enzym biến đổi hợp chất hữu cơ: điều chỉnh hàm lượng axit hữu cơ, tanin, tinh bột, đường và các hợp chất thơm.
Những biến đổi này làm thịt quả mềm hơn, vị ngọt tăng, vị chát giảm và hình thành hương thơm đặc trưng, tạo nên chất lượng cảm quan của quả chín.

Thúc đẩy quá trình rụng
Ở một số trường hợp, Ethylene kích thích sự rụng lá, hoa hoặc quả bằng cách thúc đẩy tổng hợp các enzym như cellulase và pectinase. Các enzym này phá vỡ thành phần xenluloza và pectin ở lớp tế bào thuộc tầng rời (abscission layer), làm các tế bào ở vị trí này tách rời nhau và bộ phận đó rụng xuống.

Nhờ cơ chế tác động đa dạng này, Ethylene vừa là “tín hiệu” điều khiển quá trình chín sinh lý của quả, vừa là yếu tố then chốt trong điều hòa rụng tự nhiên của thực vật.