Auxin là một hormone thực vật quan trọng, đóng vai trò then chốt trong nhiều quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Từ sự phân chia tế bào, hình thành rễ, đến hiện tượng ưu thế ngọn và sự phát triển của quả, auxin đều có những tác động đáng kể. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn toàn diện về auxin, từ công thức cấu tạo, vai trò sinh lý đến ứng dụng thực tiễn trong nông nghiệp.
Mục Lục
Auxin là gì? Tác động hai mặt của Auxin
Auxin là một nhóm hormone thực vật có ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng của tế bào, sự hoạt động của tầng phát sinh, sự hình thành rễ, hiện tượng ưu thế ngọn, tính hướng của thực vật, sự sinh trưởng của quả và quá trình tạo quả không hạt.
Auxin kích thích sự sinh trưởng giãn của tế bào. Tuy nhiên, điều thú vị là, khi nồng độ auxin quá cao, tác dụng kích thích này có thể bị ức chế ngược lại, biến auxin thành một chất ức chế. Đây là một ví dụ điển hình về tác động hai mặt của hormone thực vật, cho thấy sự cân bằng là yếu tố then chốt.
Công thức cấu tạo của Auxin
Auxin là các hợp chất chứa nhân indol, được tổng hợp từ tryptophan trong các mô phân sinh như ngọn, lóng và lá non. Sau khi được tổng hợp, auxin di chuyển đến rễ và tích tụ tại đó.
Cấu trúc hóa học của Auxin IAA
Có nhiều loại auxin khác nhau, với cấu trúc hóa học khác nhau. Axit β-indol-acetic (IAA) là loại auxin quan trọng nhất. Bên cạnh đó, một số auxin khác cũng phổ biến như axit napthalen-acetic (NAA) và axit phenyl-acetic (PAA).
Cấu trúc hóa học của một số auxin phổ biến như IAA, NAA, IBA
Vai trò sinh lý đa dạng của Auxin
Auxin đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý của cây trồng:
- Kéo dài tế bào: Auxin hoạt hóa bơm ion H+ trên màng tế bào, làm tăng nồng độ H+ trong vách tế bào. Điều này kích hoạt các enzyme phá vỡ liên kết chéo giữa các đường đa cấu tạo vách, làm vách tế bào mềm dẻo hơn. Kết quả là, nước dễ dàng xâm nhập vào tế bào và không bào, làm căng vách tế bào và thúc đẩy sự kéo dài.
- Tính hướng quang: Ánh sáng tác động từ một phía của ngọn cây sẽ làm giảm sự cung cấp auxin ở phía được chiếu sáng và tăng ở phía tối. Sự phân bố auxin không đều này dẫn đến sự tăng trưởng không đồng đều, khiến cây mọc cong về phía ánh sáng.
Minh họa tính hướng quang của cây dưới tác động của auxin
- Tính hướng động: Khi thân cây nằm ngang, nồng độ auxin ở phía dưới tăng lên, trong khi phía trên giảm đi. Sự phân bố không đều này kích thích tế bào ở phía dưới tăng trưởng nhanh hơn, làm thân cây mọc cong lên. Tương tự, khi rễ nằm ngang, tế bào ở phía trên mọc nhanh hơn, khiến rễ mọc hướng xuống.
- Ức chế phát triển chồi bên: Auxin ức chế sự tăng trưởng của chồi bên, làm chúng mọc chậm hoặc không mọc được. Hiện tượng này được gọi là ưu thế ngọn.
Minh họa hiện tượng ưu thế ngọn do auxin ức chế chồi bên
Nếu chồi ngọn bị cắt bỏ, các chồi bên phía trên sẽ phát triển thành nhánh. Chồi ngọn của các nhánh này lại tiếp tục ức chế các chồi bên dưới.- Kích thích phân chia tế bào: Auxin kích thích sự phân chia tế bào, đặc biệt là các tế bào có nguồn gốc từ tượng tầng. Ở nồng độ cao, auxin kích thích sự tạo mô sẹo. Auxin ở nồng độ cao cũng kích thích tạo sơ khởi rễ, nhưng lại ngăn cản sự phát triển của chính các sơ khởi rễ này.
Ngoài ra, các chất có cấu trúc auxin còn được ứng dụng trong giâm cành để kích thích ra rễ, cản sự phát triển của chồi (ví dụ như mắt khoai tây), làm chậm quá trình thu hoạch quả và tạo quả không hạt (ví dụ như cam, quýt). Trong nuôi cấy mô invitro, auxin được sử dụng để tạo mô sẹo (ví dụ như 2,4-D) và kích thích tạo rễ (ví dụ như NAA). Auxin cũng có khả năng ức chế sự rụng lá và trái. Phun auxin lên trái có thể giữ trái trên cây đến thời điểm thu hoạch mong muốn.
Hàm lượng Auxin trong cây trồng
Hàm lượng auxin khác nhau ở các cơ quan khác nhau của cây, phụ thuộc vào tuổi cây và điều kiện môi trường. Các cơ quan non đang sinh trưởng thường có hàm lượng auxin cao hơn các cơ quan trưởng thành và già. Tuy nhiên, phản ứng sinh trưởng của các cơ quan khác nhau phụ thuộc vào hàm lượng auxin là rất khác nhau. Thân cây thường phản ứng với nồng độ auxin cao hơn so với chồi và rễ.
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ auxin và sự sinh trưởng của cây
Các loại Auxin phổ biến trong nông nghiệp
Bảng dưới đây liệt kê một số loại auxin được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp, cùng với các thông tin liên quan:
| Tên chất | Viết tắt | Trọng lượng phân tử | Dung môi | Nhiệt độ bảo quản | Dạng bột | Dạng lỏng |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 3-Indoleacetic acid | IAA | 175.2 | 1N NaOH | 0°C | 0°C | |
| 3-Indolebutyric acid | IBA | 203.2 | 1N NaOH | 2-8°C | 0°C | |
| α-Naphthaleneacetic acid | NAA | 186.2 | 1N NaOH | – | 2-8°C | |
| 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid | 2,4-D | 221.0 | Nước | – | 2-8°C | |
| 2,4,5-Trichlorophenoxyacetic acid | 2,4,5-T | 255.5 | EtOH | – | 2-8°C | |
| p-Chlorophenoxyacetic acid | 4-CPA | 158.1 | EtOH | – | 2-8°C | |
| 2-Methyl-4-chlorophenoxyacetic acid | MPCA | – | – | – | – | |
| β-Naphthyloxyacetic acid | NOA | 202.2 | 1N NaOH | – | 2-8°C | |
| 3,6-Dichloro-2-methoxybenzoic acid | Dicamba | 186.6 | – | – | – | |
| 4-Amino-3,5,6-trichloropicolinic acid | Picloram | 241.5 | DMSO | – | 2-8°C | |
| Phenylacetic acid | PAA | 136.2 | EtOH | – | 2-8°C | |
| 2,3,5-Triiodobenzoic acid | TIBA | 499.8 | 1N NaOH | 0°C | 0°C |
Ứng dụng của Auxin trong trồng trọt
Auxin có nhiều ứng dụng quan trọng trong trồng trọt, bao gồm:
- Tăng đậu quả, sinh trưởng quả và tạo quả không hạt: Thông thường, quả chỉ hình thành sau khi thụ tinh xảy ra. Quá trình thụ tinh tạo ra phôi hạt, nơi tổng hợp các chất kích thích sinh trưởng, bao gồm cả auxin. Các chất này được vận chuyển vào bầu để kích thích bầu lớn lên thành quả. Do đó, hình dạng và kích thước của quả phụ thuộc vào hàm lượng các chất nội sinh từ phôi hạt. Auxin và gibberellin ngoại sinh có thể được sử dụng để thay thế cho nguồn nội sinh này. Xử lý hoa chưa thụ tinh bằng auxin ngoại sinh sẽ kích thích bầu lớn lên thành quả mà không cần thụ tinh, tạo ra quả không hạt. Các loại cây trồng như cà chua, bầu bí, cam chanh thường được xử lý bằng α-NAA (10 – 20 ppm) hoặc 2,4D (5 -10 ppm). Đối với nho, anh đào,… gibberellin (20 – 50 ppm) thường hiệu quả hơn.
- Phòng ngừa rụng quả: Sự rụng quả xảy ra do sự hình thành tầng rời ở cuống lá và cuống quả. Auxin là chất kìm hãm sự rụng. Xử lý cây và quả non bằng auxin có thể kìm hãm sự rụng của chúng. Ví dụ, phun α-NAA (10 – 20 ppm) cho lá hoặc quả non có thể kéo dài thời gian tồn tại của chúng trên cây.
- Kéo dài sự chín của quả: Sự chín của quả được điều chỉnh bằng tỷ lệ auxin/ethylene. Để kìm hãm sự chín, cần tăng hàm lượng auxin trong mô quả. Phun dung dịch auxin lên quả xanh hoặc quả sắp chín trên cây có thể kéo dài thời gian tồn tại của quả. Trước đây, 2,4D (10 -15 ppm) thường được sử dụng. Hiện nay, α-NAA(10 – 20 ppm) cũng cho hiệu quả tốt mà ít độc hại hơn.
- Diệt trừ cỏ dại: Ở nồng độ cao, auxin có tác dụng diệt trừ cỏ dại. Các chất như 2,4D và 2,4,5T đã từng được sử dụng rộng rãi để diệt trừ cỏ dại. Tuy nhiên, hiện nay, nhiều chất diệt cỏ mới đã được tạo ra, có hiệu quả cao hơn và ít độc hại hơn cho môi trường.
Kết luận
Auxin là một hormone thực vật đa năng với nhiều vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng và phát triển của cây. Từ việc kéo dài tế bào, điều chỉnh tính hướng đến việc kích thích ra rễ và tạo quả, auxin đóng góp vào nhiều quá trình sinh lý thiết yếu. Ứng dụng của auxin trong nông nghiệp rất đa dạng, từ việc tăng năng suất cây trồng đến kiểm soát cỏ dại. Việc hiểu rõ về auxin và cách sử dụng nó một cách hợp lý sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường.