GIBBERELLINS: الأنواع ، الوظيفة ، طريقة العمل ، التخليق الحيوي - مادة الاحياء - 2026

و الجبرلينات هي الهرمونات النباتية أو الهرمونات النباتية المشاركة في عمليات مختلفة من نمو وتطور النباتات العليا. في الواقع ، إنها تحفز نمو وإطالة الساق ، وتطور الثمار وإنبات البذور.

تم اكتشافه في منتصف الثلاثينيات من قبل باحثين يابانيين يدرسون النمو غير الطبيعي لنباتات الأرز. يأتي اسم gibberellin من فطر Gibberrella funjikuroi ، وهو كائن حي تم استخلاصه منه في البداية ، وهو العامل المسبب لمرض "Bakanae".

تم تعزيز استطالة الساق من خلال تطبيق Gibberellins. المصدر: flickr.com

على الرغم من حقيقة أنه تم التعرف على أكثر من 112 جبريلين ، إلا أن القليل منها يظهر نشاطًا فسيولوجيًا. فقط gibberellin A ₃ أو حمض gibberellic و gibberellins A ₁ و A ₄ و A ₇ لها أهمية تجارية.

تعزز هذه الهرمونات النباتية تغييرات مفاجئة في حجم النبات ، بالإضافة إلى تحفيز انقسام الخلايا في الأوراق والسيقان. التأثير المرئي لتطبيقه الخارجي هو استطالة السيقان الرقيقة ، وعدد أقل من الفروع والأوراق الهشة.

أنواع

إن بنية الجبرلينات هي نتيجة اتحاد الأيزوبرينويدات المكونة من خمسة كربون والتي تشكل معًا جزيء رباعي الحلقات. تصنيفها يعتمد على النشاط البيولوجي.

حمض الجبريليك. المصدر: searchgate.net

أشكال مجانية

إنه يتوافق مع تلك المواد المشتقة من ent-Kauren ، التي يعتبر هيكلها الأساسي ent-giberelano. يتم تصنيفها على أنها ديتيربينويدات حمضية مشتقة من الهيدروكربونات الحلقية غير المتجانسة ent-Kaureno. هناك نوعان من الأشكال الحرة معروفة.

• غير نشط: يحتوي على 20 ذرة كربون.
• نشط: لديهم 19 كربونًا ، لأنهم فقدوا كربونًا معينًا. النشاط مشروط ليحتوي على 19 ذرة كربون ويقدم هيدروكسيل في الموضع 3.

أشكال مترافقة

هم تلك الجبرلينات المرتبطة بالكربوهيدرات ، لذلك ليس لديهم نشاط بيولوجي.

وظيفة

تتمثل الوظيفة الرئيسية للجبريلين في تحريض نمو واستطالة الهياكل النباتية. ترتبط الآلية الفسيولوجية التي تسمح بالاستطالة بالتغيرات في تركيز الكالسيوم الداخلي على المستوى الخلوي.

يعزز تطبيق gibberellins من نمو الإزهار والنورات من مختلف الأنواع ، خاصة في النباتات طويلة الأمد (PDL). ترتبط مع نباتات نباتية ، فإنها تقدم تأثيرًا تآزريًا ، حيث تحفز التمايز بين الهياكل الزهرية ، مثل البتلات أو الأسدية أو الكاربيل ، أثناء الإزهار.

المزهرة في الحمضيات. المصدر: pixabay.com

من ناحية أخرى ، تسبب إنبات البذور التي تظل كامنة. في الواقع ، يقومون بتنشيط تعبئة الاحتياطيات ، مما يؤدي إلى تخليق الأميليز والبروتياز في البذور.

وبالمثل ، فإنهم يفضلون تطوير الثمار ، مما يحفز وضع الأزهار أو تحويلها إلى ثمار. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تروج للبارثينوكاربي وتستخدم لإنتاج ثمار بدون بذور.

وضع العمل

يعزز Gibberellins انقسام الخلايا والاستطالة ، لأن التطبيقات الخاضعة للرقابة تزيد من عدد الخلايا وحجمها. يتم تنظيم طريقة عمل الجبرلينات من خلال اختلاف محتوى أيونات الكالسيوم في الأنسجة.

يتم تنشيط هذه الهرمونات النباتية وتولد استجابات فسيولوجية ومورفولوجية بتركيزات منخفضة جدًا في أنسجة النبات. على المستوى الخلوي ، من الضروري أن تكون جميع العناصر المعنية موجودة وقابلة للتطبيق حتى يحدث التغيير.

تمت دراسة آلية عمل الجبرلين على عملية إنبات ونمو الجنين في بذور الشعير (Hordeum vulgare). في الواقع ، تم التحقق من الوظيفة الكيميائية الحيوية والفسيولوجية للجبريلين في التغييرات التي تحدث في هذه العملية.

زراعة الشعير. المصدر: pixabay.com

تحتوي بذور الشعير على طبقة من الخلايا الغنية بالبروتين تحت طبقة episperm تسمى طبقة aleuron. في بداية عملية الإنبات ، يطلق الجنين الجبرلين الذي يعمل على طبقة aleuron التي تولد الإنزيمات المتحللة بالماء في نفس الوقت.

في هذه الآلية ، فإن α-amylase ، المسؤول عن تكسير النشا إلى سكريات ، هو الإنزيم الرئيسي المركب. أظهرت الدراسات أن السكريات تتشكل فقط عند وجود طبقة aleurone.

لذلك ، فإن α-amylase الناشئ في طبقة aleuron مسؤول عن تحويل النشا الاحتياطي إلى السويداء النشوي. بهذه الطريقة ، يتم استخدام السكريات والأحماض الأمينية المنبعثة من قبل الجنين وفقًا لمتطلباته الفسيولوجية.

يُفترض أن الجبرلين ينشط جينات معينة تعمل على جزيئات الرنا المرسال المسؤولة عن تخليق α-amylase. على الرغم من أنه لم يتم التحقق بعد من أن الهرمون النباتي يعمل على الجين ، إلا أن وجوده ضروري لتخليق الحمض النووي الريبي وتشكيل الإنزيمات.

التخليق الحيوي للجبريلين

Gibberellins هي مركبات terpenoid مشتقة من حلقة gibbene المكونة من بنية tetracyclic ent-giberelane. يتم إجراء التخليق الحيوي من خلال مسار حمض الميفالونيك ، وهو المسار المعدني الرئيسي في حقيقيات النوى.

يحدث هذا المسار في العصارة الخلوية والشبكة الإندوبلازمية لخلايا النباتات والخمائر والفطريات والبكتيريا والطحالب والبروتوزوا. والنتيجة هي هياكل من خمسة كربون تسمى بيروفوسفات إيزوبنتينيل وثنائي ميثيل أليل بيروفوسفات تستخدم للحصول على إيزوبرينويدات.

Isoprenoids هي الجزيئات المحفزة لجزيئات مختلفة مثل الإنزيمات المساعدة وفيتامين K ومن بينها الهرمونات النباتية. على مستوى النبات ، عادةً ما ينتهي المسار الأيضي بالحصول على GA _12- aldehyde.

بمجرد الحصول على هذا المركب ، يتبع كل نوع نباتي عمليات مختلفة حتى يتم تحقيق تنوع الجبرلين المعروف. في الواقع ، يعمل كل جبريلين بشكل مستقل أو يتفاعل مع الهرمونات النباتية الأخرى.

تحدث هذه العملية حصريًا في الأنسجة البائسة للأوراق الشابة. ثم يتم نقل هذه المواد إلى باقي النبات من خلال اللحاء.

في بعض الأنواع ، يتم تصنيع الجبرلينات في قمة الجذر ، حيث يتم نقلها إلى الجذع من خلال اللحاء. وبالمثل ، تحتوي البذور غير الناضجة على نسبة عالية من الجبرلين.

الحصول على الجبرلينات الطبيعية

تخمير المصادر النيتروجينية والغازية والأملاح المعدنية هو الطريقة الطبيعية للحصول على الجبرلينات التجارية. كمصدر للكربون ، يتم استخدام الجلوكوز والسكروز والدقيق الطبيعي والدهون والأملاح المعدنية للفوسفات والمغنيسيوم.

تتطلب العملية من 5 إلى 7 أيام للتخمير الفعال. يلزم وجود ظروف تهيج وتهوية ثابتة ، مع الحفاظ على متوسط ​​28 درجة مئوية إلى 32 درجة مئوية ، ومستويات درجة الحموضة 3-3.5.

في الواقع ، تتم عملية استرجاع جبريلين من خلال تفكك الكتلة الحيوية من المرق المخمر. في هذه الحالة ، يحتوي الطاف الخالي من الخلايا على العناصر المستخدمة كمنظم لنمو النبات.

على مستوى المختبر ، يمكن استعادة جزيئات جبريلين من خلال عملية أعمدة استخراج السائل السائل. لهذه التقنية ، يتم استخدام أسيتات الإيثيل كمذيب عضوي.

إذا تعذر ذلك ، يتم تطبيق راتنجات تبادل الأنيون على المادة الطافية ، مما يحقق ترسيب الجبرلينات عن طريق شطف التدرج. أخيرًا ، يتم تجفيف الجزيئات وبلورتها وفقًا لدرجة النقاء المحددة.

في المجال الزراعي ، تُستخدم الجبريلينات بدرجة نقاء تتراوح بين 50 و 70٪ ، مخلوطة بمكون خامل تجاريًا. في تقنيات التكاثر الدقيق والزراعات المخبرية ، يوصى باستخدام المنتجات التجارية بدرجة نقاء تزيد عن 90٪.

التأثيرات الفسيولوجية

يعزز تطبيق gibberellins بكميات صغيرة العديد من الإجراءات الفسيولوجية في النباتات ، من بينها:

• تحريض نمو الأنسجة واستطالة الساق
• تحفيز الإنبات
• الترويج لمجموعة الفاكهة من الزهور
• تنظيم الإزهار وتطور الثمار
• تحويل النباتات نصف السنوية إلى نباتات سنوية
• تغيير التعبير الجنسي
• قمع القزامة

نمو النبات. المصدر: flickr.com

يعمل التطبيق الخارجي للجبريلينات على حالة الشباب لبعض الهياكل النباتية. عمليات القطع أو العقل المستخدمة في التكاثر الخضري ، تبدأ بسهولة عملية التجذير عندما تتجلى طابعها الشاب.

على العكس من ذلك ، إذا أظهرت الهياكل النباتية طابعها البالغ ، فإن تكوين الجذور لاغٍ. يسمح تطبيق gibberellins للنبات بالانتقال من حالة اليافع إلى حالة البالغين ، أو العكس.

هذه الآلية ضرورية عندما تريد أن تبدأ الإزهار في المحاصيل التي لم تكمل مرحلة الأحداث. نجحت التجارب على الأنواع الخشبية ، مثل أشجار السرو أو الصنوبر أو الطقسوس ، في تقليل دورات الإنتاج إلى حد كبير.

تطبيقات تجارية

يمكن تلبية متطلبات ساعات النهار أو الظروف الباردة في بعض الأنواع من خلال تطبيقات محددة من الجبرلين. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يحفز الجبرلينات تكوين الهياكل الزهرية ، وفي النهاية تحديد السمات الجنسية للنبات.

في عملية الإثمار ، يعزز الجبرلين نمو وتطور الثمار. وبالمثل ، فإنها تؤخر شيخوخة الثمار ، وتمنع تدهورها في الشجرة أو توفر فترة معينة من العمر النافع بمجرد حصادها.

عندما يكون من المرغوب فيه الحصول على ثمار بدون بذور (بارثينوكاربي) ، فإن تطبيقات محددة من الجبرلين تحفز هذه الظاهرة. ومن الأمثلة العملية إنتاج العنب الخالي من البذور ، والذي يزداد الطلب عليه على المستوى التجاري أكثر من الأنواع ذات البذور.

ثمار العنب بدون بذور. المصدر: moyca.org

في هذا السياق ، تسمح تطبيقات الجبرلين في البذور الخاملة بتنشيط العمليات الفسيولوجية والخروج من هذه الحالة. في الواقع ، فإن الجرعة المناسبة تنشط الإنزيمات المتحللة للماء التي تحلل النشا إلى سكر ، مما يساعد على نمو الجنين.

على مستوى التكنولوجيا الحيوية ، يتم استخدام الجبرلينات لتجديد الأنسجة في المزارع المختبرية من إإكسبلنتس خالية من مسببات الأمراض. وبالمثل ، فإن تطبيقات الجبرلينات في النباتات الأم تحفز نموها ، مما يسهل استخراج القرود الصحية على مستوى المختبر.

على المستوى التجاري ، تسمح تطبيقات الجبرلين في زراعة قصب السكر (Saccharum officinarum) بزيادة إنتاج السكر. في هذا الصدد ، تحفز هذه الهرمونات النباتية على استطالة السلاسل الداخلية حيث يتم إنتاج السكروز وتخزينه ، وبالتالي كلما زاد الحجم ، زاد تراكم السكر.

المراجع

1. تطبيق هرمونات الخضروات (2016) البساتين. تم الاسترجاع في: horticultivos.com
2. Azcón-Bieto Joaquín and Talón Manuel (2008) أساسيات فسيولوجيا النبات. ماك جراو هيل ، الطبعة الثانية. رقم ال ISBN: 978-84-481-9293-8.
3. سيريزو مارتينيز خورخي (2017) فسيولوجيا النبات. الموضوع العاشر. جبريلينز. جامعة البوليتكنيك في قرطاجنة. 7 ص.
4. Delgado Arrieta G. and Domenech López F. (2016) Giberelinas. العلوم التقنية. الفصل 4-27 ، 4 ص.
5. Phytoregulators (2003) جامعة البوليتكنيك في فالنسيا. تم الاسترجاع في: euita.upv.es
6. Weaver Robert J. (1976) منظمات نمو النبات في الزراعة. جامعة كاليفورنيا ، ديفيس. Trillas الافتتاحية. رقم ال ISBN: 9682404312.