Bài học

Hormone thực vật và ứng dụng

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em nêu được vai trò chính của năm nhóm hormone thực vật — auxin, gibberellin, cytokinin, abscisic acid, ethylene — phân loại được chúng theo hướng kích thích hay ức chế sinh trưởng, và chọn được hormone phù hợp cho một mục đích trồng trọt cụ thể kèm giải thích.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã biết mô phân sinh là nơi diễn ra sinh trưởng (same-grade bridge). Câu hỏi bỏ ngỏ là: điều gì quyết định mô phân sinh đó hoạt động nhanh, chậm, hay dừng hẳn lại? Câu trả lời nằm ở một nhóm chất tín hiệu gọi là hormone thực vật.

Khởi động

Người bán trái cây thường để chung một quả chuối đã chín với cả nải chuối còn xanh, đặt trong một túi kín. Chỉ sau một hai ngày, cả nải đã chín đều, dù những quả xanh chưa từng chạm vào quả chín. Điều gì đã "lan truyền" tín hiệu chín đó qua không khí trong túi?

Kiến thức trọng tâm

Hormone thực vật là những chất hữu cơ được cây tổng hợp với lượng rất nhỏ tại một bộ phận, rồi vận chuyển tới bộ phận khác để gây ra đáp ứng sinh lí — dù nồng độ chỉ ở mức rất thấp. Có năm nhóm hormone chính, chia làm hai hướng tác dụng trái ngược nhau: ba nhóm kích thích sinh trưởng, hai nhóm ức chế hoặc điều hoà ngủ nghỉ.

Auxin (đại diện là IAA) kích thích tế bào kéo dài ra và thúc đẩy hình thành rễ mới. Nhà vườn tận dụng đúng tác dụng này khi giâm hay chiết cành: xử lí đầu cành bằng auxin nhân tạo như NAA hay IBA giúp cành ra rễ nhanh và đều hơn hẳn so với để tự nhiên.

Gibberellin (GA) kích thích các lóng thân kéo dài, phá vỡ trạng thái ngủ nghỉ của hạt và kích thích hạt nảy mầm. Trong nông nghiệp, gibberellin được dùng để xử lí hạt giống nảy mầm đều hơn, và nổi tiếng nhất là kĩ thuật phun gibberellin cho nho để tạo quả nho không hạt có kích thước lớn.

Cytokinin kích thích tế bào phân chia, làm chậm quá trình lão hoá của lá — giữ diệp lục không bị phân giải sớm — và thúc đẩy chồi bên phát triển. Nuôi cấy mô thực vật dựa nhiều vào cytokinin để kích thích mô sẹo phân chia thành chồi mới, còn ngành bảo quản rau quả dùng nó để giữ rau tươi xanh lâu hơn trong quá trình vận chuyển.

Hai nhóm còn lại đi ngược hướng. Abscisic acid (ABA) gây ngủ nghỉ ở hạt và chồi, giúp cây "chờ đợi" qua mùa bất lợi thay vì nảy mầm hay đâm chồi ngay lập tức; ABA còn đóng khí khổng khi cây thiếu nước — đúng cơ chế em đã gặp khi học về thoát hơi nước. Ethylene, khác hẳn bốn hormone kia vì tồn tại ở dạng khí, kích thích quả chín và lá rụng.

Gibberellin và abscisic acid thường đóng vai trò đối lập ngay trong cùng một hạt giống: ABA giữ hạt ở trạng thái ngủ nghỉ, còn gibberellin phá vỡ trạng thái đó khi điều kiện thuận lợi trở lại. Hạt nảy mầm hay không phụ thuộc tỉ lệ giữa hai hormone này tại thời điểm đó, chứ không phải riêng một hormone nào quyết định — một nguyên lí em sẽ còn gặp lại ở phần hormone động vật của khoá này.

Auxin còn giữ một vai trò rất quen thuộc với người làm vườn dù ít được nhắc tới: ưu thế ngọn. Nồng độ auxin cao ở chồi ngọn ức chế các chồi nách bên dưới phát triển, nên một cây để tự nhiên thường vươn thành một thân chính rõ rệt, chồi bên chỉ le lói. Khi bấm ngọn — cắt bỏ chồi ngọn — nguồn auxin ức chế đó mất đi, chồi nách được giải phóng và phát triển mạnh hơn hẳn, khiến cây trở nên rậm rạp. Đây chính là lí do người làm vườn bấm ngọn định kì cho cây cảnh thay vì để cây vươn thẳng một thân.

Ba hormone đầu thúc đẩy cây lớn lên hoặc ra rễ; hai hormone sau lại làm chậm hoặc chuyển giai đoạn — cây cần cả hai hướng để sống đúng nhịp mùa vụ.

Vì ethylene là chất khí lan toả tự do trong không khí, nó có thể truyền tín hiệu chín từ một quả sang những quả bên cạnh trong cùng một không gian kín — đúng hiện tượng "chuối chín lây" ở phần khởi động. Nhà vườn khai thác chính cơ chế này để chủ động dấm chín hàng loạt trước khi đưa ra thị trường.

Ethylene không tạo ra chất mới trong quả — nó chỉ kích hoạt sớm hơn đúng quá trình chín mà quả vốn sẽ tự trải qua.

Ví dụ

Giải thích vì sao ethylene giúp dấm chín quả đồng loạt

1
Giải thích cơ sở sinh lí của việc dùng ethylene để làm chín đồng loạt một lô quả trước khi đưa ra thị trường.
2
Ta có ethylene là hormone tự nhiên quả tự sinh ra khi bắt đầu chín, kích hoạt hàng loạt biến đổi sinh hoá: diệp lục phân giải, tinh bột chuyển thành đường, thành tế bào mềm dần.
3
Trong tự nhiên, các quả chín lệch thời điểm vì mức ethylene tự sinh ra khác nhau giữa từng quả, tuỳ vị trí trên cây và độ chín ban đầu.
4
Cung cấp một nguồn ethylene đồng đều cho cả lô quả cùng lúc sẽ kích hoạt quá trình chín ở tất cả các quả gần như trong cùng một khoảng thời gian.
5
Vậy dấm chín bằng ethylene không tạo ra một quá trình mới, mà chủ động đồng bộ hoá thời điểm bắt đầu của đúng quá trình chín tự nhiên, giúp cả lô quả chín đều để thu hoạch và vận chuyển thuận tiện hơn.

Ví dụ

Chọn hormone phù hợp cho hai mục tiêu trồng trọt (dạng đề kiểm tra)

1
Một nhà vườn có hai mục tiêu: (a) giúp cành giâm hoa hồng nhanh ra rễ trước khi đem trồng; (b) giữ rau xà lách tươi lâu, chậm vàng lá trong quá trình vận chuyển đi xa. Hãy chọn hormone phù hợp cho mỗi mục tiêu và giải thích.
2
Ta có auxin kích thích hình thành rễ mới ở đoạn cành cắt rời, nên xử lí cành giâm hoa hồng bằng dung dịch auxin nhân tạo như NAA trước khi cắm xuống đất sẽ giúp ra rễ nhanh và đều hơn. (1)
3
Cytokinin làm chậm quá trình lão hoá của lá, giữ diệp lục chưa bị phân giải, nên xử lí cytokinin cho rau xà lách sau thu hoạch sẽ giúp lá tươi xanh lâu hơn trong lúc vận chuyển. (2)
4
Kết hợp (1) và (2), vậy mục tiêu (a) dùng auxin, mục tiêu (b) dùng cytokinin — mỗi hormone được chọn đúng theo tác dụng sinh lí đặc trưng của nó, không phải hormone nào cũng dùng được cho mọi mục đích.

Sai lầm thường gặp

Sai lầm thường gặp là nghĩ hormone "kích thích" luôn tốt, càng dùng nhiều càng lợi — thực ra auxin ở nồng độ quá cao lại ức chế chính sự phát triển của rễ thay vì thúc đẩy. Một nhầm lẫn khác là coi ABA và ethylene là hai hormone "có hại" vì chúng ức chế — thực ra ngủ nghỉ đúng lúc và chín đúng vụ đều là những việc cây cần làm, không phải trục trặc.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Năm hormone thực vật: auxin (kéo dài tế bào, ra rễ), gibberellin (kéo dài lóng, phá ngủ nghỉ hạt), cytokinin (phân chia tế bào, chậm lão hoá) — cả ba đều kích thích. Abscisic acid (ngủ nghỉ, đóng khí khổng) và ethylene (chín quả, rụng lá) — ức chế hoặc điều hoà. Mỗi hormone có một công việc riêng, không hormone nào thay thế được hormone khác.

Hormone điều khiển tốc độ sinh trưởng hằng ngày của cây, nhưng có một quyết định lớn hơn mà hormone một mình không thể trả lời: khi nào cây nên chuyển từ lớn lên sang ra hoa? Bài sau tìm hiểu tín hiệu quyết định thời điểm đó.