CYTOKININ LÀ GÌ? ỨNG DỤNG CỦA CYTOKININ TRONG NÔNG NGHIỆP

–  Nguồn gốc

Việc phát hiện ra cytokinin gắn liền với kỹ thuật nuôi cây mô tế bào thực vật. Năm 1955 Miller và Skoog phát hiện và chiết xuất từ tinh dịch cá thu một hợp chất có khả năng kích thích sự phân chia tế bào rất mạnh mẽ trong nuôi cấy mô gọi là kinetin (6-furfurryl-aminopurin: C₁₀H₉N₅O).

Letham và Miller (1963) lần đầu tiên đã tách được cytokinin tự nhiên ở dạng kết tinh từ hạt ngô gọi là zeatin và có hoạt tính tương tự kinetin. Sau đó người ta đã phát hiện cytokinin có ở trong tất cả các loại thực vật khác nhau và là một nhóm phytohormone quan trọng ở trong cây. Trong các loại cytokinin thì 3 loại sau đây là phổ biến nhất: Kinetin (6- furfuryl- aminopurin), 6-benzin- aminopurin và zeatin tự nhiên.

Nước dừa (phôi nhũ lỏng) từ lâu được dùng trong nuôi cấy (Van Overbeek et al., 1941). Môi trường chứa auxin và 10-20% nước dừa giúp sự phân chia của tế bào thân đã phân hoá (sự tạo mô sẹo). Người ta tìm cách xác định bản chất hoá học của chất có trong nước dừa, nhưng phải sau sự khám phá cytokinin vài năm, nước dừa mới được chứng minh chứa zeatin (Letham, 1974)

Sau zeatin, hơn 30 cytokinin khác nhau được cô lập. Ngày nay, người ta gọi cytokinin để chỉ một nhóm chất thiên nhiên hay nhân tạo, có đặc tính sinh lý giống nước dừa hay kinetin.

– Cấu trúc và sinh tổng hợp

Zeatin tự do ở dạng trans trong phần lớn thực vật, mặc dù cả 2 dạng cis và trans đều có hoạt tính của cytokinin. Nhiều chất tổng hợp có hoạt tính cytokini, chúng đều là các aminopurin được thay thế ở vị trí 6, thí dụ benzylaminopurin (benzyl adenin, viết tắt BAP hay BA) là chất được dùng trong nông nghiệp. Ngoại lệ, vài dẫn xuất diphenilurê có hoạt tính cytokinin nhưng yếu.

Chuỗi ngang của các cytokinin thiên nhiên có liên hệ về mặt hoá học với cao su, carotenoid, gibberelin, axit abcisic, và vài hợp chất bảo vệ thực vật gọi là phytoalexin. Tất cả các hợp chất này, ít ra là một phần, được thành lập bởi các đơn vị isopren có nguồn gốc từ tiền chất acid mevalonic. Ở thực vật, cytokinin synthaz là enzym xúc tác sự liên kết giữa chuỗi bên và adenosin monophosphat (AMP).

Mô phân sinh ngọn rễ là nơi tổng hợp chủ yếu các cytokinin tự do cho cả cơ thể thực vật. Từ rễ, cytokinin di chuyển trong mạch mộc để tới chồi. Tuy nhiên, các chồi ( cà chua) và phôi cũng là nơi tổng hợp cytokinin.

Khác với mô phân sinh ngọn chồi, phôi bị tách khỏi cây vẫn tiếp tục tăng trưởng và phát triển bình thường trên môi trường thiếu hormon. Người ta không biết chính xác khi nào phôi tự lập về cytokinin, tuy nhiên, có lẽ phôi quá non ( không có khả năng tổng hợp cytokinin) dùng cytokinin hiện diện ở hàm lượng cao trong phôi nhũ.

Phân tử tRNA (tham gia trong sự tổng hợp protein trong cytosol hay trong diệp lạp) không chỉ chứa 4 nucleotid tạo nên mọi RNA, mà còn vài nucleotid không bình thường với các baz bị biến đổi. Vài baz này hoạt động như cytokinin khi tRNA bị thuỷ giải (theo con đường enzym troong tế bào). Như vậy, tRNA của thực vật (và hầu như của mọi sinh vật từ vi khuẩn đến con người) chứa zeatin, mặc dù ở dạng đồng phân cis thay vì trans như các cytokinin tự do.

– Các loại cytokinin

+ Các loại cytokinin tự nhiên: ngày nay, người ta cho rằng kinetin không phải là chất tự nhiên mà nó được tạo thành do sự tái sắp xếp lại cấu trúc của một chất khác (Hecht, 1980), có ít nhất hai loại cytokinin tự nhiên có cấu trúc tương tự như cấu trúc của kinetin đã được xác định, đó là nhgững hợp chất tự do hay những hợp chất có gắn với nhóm glucoside hoặc riboside (Entsch và cộng sự, 1980). Hai loại cytokinin thường được sử dụng trong nuôi cấy mô là:

Zeatin: 4-hydroxy-3-methyl-trans-2-butenylaminopurine, hoặc 6-(4-hydro-3-methylbut-2-enyl)-aminopurine hoặc 2-methyl-4(-1H-purine-6-ylamino)-2-buten-1-ol)

2-iP (IPA): N⁶-(2-isopentyl)adenine hoặc 6-(3-methyl-2-butenylamino)purine.

Dihydrozeatin: 6-(-hydroxy=3=methyl-trans-2-butenyl)aminopurine.

+ Các loại cytokinin tổng hợp: các loại cytokinie tự nhiên như 2-iP và zeatin ít được sử dụng trong các thí nghiệm vì giá thành cao. Một số hợp chất tổng hợp thuộc nhóm cytokinin thường được sử dụng trong công tác nuôi cấy là:

Kinetin: 6-furfurylaminopurine hoặc N-(2-furanylmethyl)-1H-purine-6-amine

BAP (BA): 6-benzylaminopurine hoặc benzyladenine .

TDZ: 1-phenyl-3(1,2,3 thiadiazol-5-yl)

+ Trọng lượng phân tử của một số cytokinin:

– Tính chất sinh lý của cytokinin

Tính chất đặc trưng của xytokinin là kích thích sự phân chia tế bào mạnh mẽ. Vì vậy người ta xem chúng như là các chất hoạt hóa sự phân chia tế bào, nguyên nhân là do xytokinin hoạt hóa mạnh mẽ quá trình tổng hợp axit nucleic và protein dẫn đến kích sự phân chia tế bào.

Cytokinin ảnh hưởng rõ rệt lên sự hình thành và phân hóa cơ quan của thực vật, đặc biệt là sự phân hóa chồi. Người ta đã chứng minh rằng sự cân bằng giữa tỷ lệ auxin (phân hóa rễ) và Cytokinin (phân hóa chồi) có ý nghĩa rất quyết định trong quá trình phát sinh hình thái của mô nuôi cấy in vitro cũng như trên cây nguyên vẹn. Nếu tỷ lệ auxin cao hơn cytokinin thì kích thích sự ra rễ, còn tỷ lệ cytokinin cao hơn auxin thì kích thích ra chồi. Ðể tăng hệ số nhân giống, người ta thường tăng nồng độ cytokinin trong môi trường nuôi cấy ở giai đoạn tạo chồi. Ở trong cây rễ là cơ quan tổng hợp cytokinin chủ yếu nên rễ phát triển mạnh thì hình thành nhiều cytokinin và kích thích chồi trên mặt đất cũng hình thành nhiều.

Cytokinin kìm hãm quá trình già hóa của các cơ quan và của cây nguyên vẹn. Nếu như lá tách rời được xử lý cytokinin thì duy trì được hàm lượng protein và chlorophin trong thời gian lâu hơn và lá tồn tại màu xanh lâu hơn. Hiệu quả kìm hãm sự già hóa, kéo dài tuổi thọ của các cơ quan có thể chứng minh khi cành dâm ra rễ thì rễ tổng hợp cytokinin nội sinh và kéo dài thời gian sống của lá lâu hơn. Hàm lượng cytokinin nhiều làm cho lá xanh lâu do nó tăng quá trình vận chuyển chất dinh dưỡng về nuôi lá. Trên cây nguyên vẹn khi bộ rễ sinh trưởng tốt thì làm cho cây trẻ và sinh trưởng mạnh, nếu bộ rễ bị tổn thương thì cơ quan trên mặt đất chóng già.

Cytokinin trong một số trường hợp ảnh hưởng lên sự nảy mầm của hạt và của củ. Vì vậy nếu xử lý cytokinin có thể phá bỏ trạng thái ngủ nghỉ của hạt, củ và chồi ngủ.

Ngoài ra cytokinin còn có mối quan hệ tương tác với auxin, cytokinin làm yếu hiện tượng ưu thế ngọn, làm phân cành nhiều. Cytokinin còn ảnh hưởng lên các quá trình trao đổi chất như quá trình tổng hợp axit nucleic, protein, chlorophin và vì vậy ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý của cây.

Tư vấn kĩ thuật: 0933.067.033