Страшная болезнь риса, или гиббереллин
– гормон роста (часть 1)
"…Я стоял в молчаливом удивлении.
Передо мною был куст ростом с человека: листья в ладонь, а красные
сочные плоды величиною с большой арбуз напоминали землянику. Это и была
чудовищная земляника…
Многометровый горох тянулся к середине "воронки". Корзинка подсолнуха в
полметра диаметром почти не поднималась над почвой. Огурцы, морковь,
картофель, земляника, малина, виноград, смородина, крыжовник, слива,
рожь, пшеница, овес, гречиха, свекловица, конопля… Я едва
узнавал их: так были изменены их размеры и формы" - это слова молодого
биолога Артемьева. Картина, которая потрясла его, предстала перед ним в
биологической лаборатории на внеземной станции - большом спутнике
Земли… на страницах научно-фантастического романа А. Беляева
"Звезда КЭЦ".
Ну, а как обстоят дела с растениями-гигантами в действительности?
Получить растения таких огромных размеров можно с помощью удивительного
вещества гиббереллина. Один лишь его кристаллик, растворенный в воде,
придает поистине волшебные силы стеблям и листьям, ускоряет их рост,
цветение и созревание плодов. Гиббереллины, открытые почти одновременно
с ауксинами, оказались второй, очень важной группой природных
регуляторов роста растений.
Как же были открыты гиббереллины? Рисовые плантации в Японии, на
Филиппинах и других государствах Юго-Восточной Азии издревле
подвергались широко распространенному и опасному заболеванию под
названием баканэ, пли болезнь "дурных побегов". Страшная болезнь несла
с собой голод: стебли риса
желтели и засыхали. Виновником этого был
особый гриб "Гибберелла фуджикурои". Но обнаружили его только после
многолетних нелегких поисков.
В 1926 году японский фитопатолог Е. Кypocaвa впервые установил, что
болезнь "дурных побегов" можно вызвать искусственно. Для этого надо
было обработать молодые здоровые растения риса стерильной жидкостью, в
которой рос гриб - возбудитель "баканэ". Стало ясно, что ненормальное
вытягивание стеблей обусловлено физиологически активным веществом,
вырабатываемым грибом.
Только через десять лет биохимик доктор Т. Ябута из Токийского
университета вместе со своими помощниками Т. Хаяси и У. Сумики выделил
из питательной среды гриба это вещество в химически чистом виде.
Кристаллики вещества представляли собой сложные органические кислоты
дитерпеноидной природы.
От латинского слова "гибберелла" вещество назвали гиббереллином.
Гиббереллин обладал удивительной физиологической активностью. В больших
дозах он вызывал симптомы "баканэ", а в малых стимулировал рост,
например риса, пшеницы, ячменя, гороха.
Перед ботаниками открылись заманчивые перспективы. Но лишь в 50-е годы,
когда отшумело эхо второй мировой войны, ученые снова обратили внимание
на гиббереллины. Их оказалось много в грибах
- возбудителях рода
фузариум. Открыли гиббереллины и в низших, и в высших растениях. Их
стали обозначать буквой "А" с порядковым номером, который присваивается
каждому новому гиббереллину: A1, А2
и так далее. Сегодня уже известно
свыше 50 гиббереллинов. Из этого количества 30 обнаружены в растениях,
остальные синтезированы различными микроорганизмами (грибами и
бактериями).
В Москве в Институте физиологии растении им. К А. Тимирязева АН СССР в
конце 50-х годов впервые начались работы по изучению гиббереллинов,
которые возглавил академик М. Х. Чайлахян. И вскоре к советским ученым
пришел первый успех. Они вырастили табак Мамонт высотой до 6 метров.
Такого результата удалось достичь благодаря раствору гиббереллина. Его
много раз по каплям наносили на верхушку стебля в концентрации 100
миллиграммов на литр. Одновременно другие растения
табака опрыскивали
водой. И те выросли всего лишь на три метра. Параллельно с этими
экспериментами в США в оранжерее одного университета под воздействием
гиббереллина была получена капуста, у которой вместо обычных кочанов
были необыкновенно крупные 5-метровые стебли.
Итак, в руках человека оказалось сильное средство воздействия на
растения. Сильное и в то же время безвредное, потому что гиббереллины
сами по себе присущи растениям. Они как бы показали, какие
потенциальные силы роста есть в растениях. Надо лишь умело ими
воспользоваться.
Основная особенность гиббереллина - способность усиливать вытягивание
побегов и вызывать рост у розеточных и карликовых форм растений.
Однако, почему сорта одних и тех же растений кукурузы, пшеницы, риса,
гороха, фасоли могут быть и высокими, и низкими - карликами? Оказалось,
что и у тех, и у других иногда содержится разное количество
гиббереллинов. В Японии, в частности, был проведен опыт с изучением
влияния гиббереллина на карликовые формы риса. Их рост усиливался после
опрыскивания гиббереллином и достигал высоты нормальных растений.
Получалось, что карликовость зависит от синтеза гиббереллинов. Однако
другие данные опровергли этот вывод. Например, были исследованы сорта
риса, у которых как высокие, так и низкие растения не отличались
содержанием гиббереллинов. Карлики таких сортов почему-то не
реагировали на обработку раствором гиббереллинов. Видимо, не всегда
карликовость обусловлена отсутствием или снижением количества
гиббереллинов.
Интересную работу с ячменем
провели японские ученые. В стране
Восходящего Солнца карликовые и полукарликовые сорта ячменя сыграли
большую роль в получении высоких урожаев. Особенность их в том, что они
требуют больших доз удобрений, чем высокорослые сорта. Исследователи
стали искать причины карликовости. Используя различные виды
скрещиваний, ученые установили, что карликовость ячменя обусловлена
генетически - она запрограммирована в молекулах ДНК. При этом
содержание гиббереллина у карликов было почти в два раза меньше, чем у
нормальных растений, особенно в стеблях, молодых колосьях, листовых
влагалищах. Значит, каким-то образом, пока неизвестны, гены
карликовости тормозят, нарушают обмен гормонов роста - гиббереллинов.
Это наблюдалось в опытах со многими растениями, в том числе с пшеницей.
Так, совсем подавно ученые из Института физиологии растений АН СССР
установили, что пшеница высокорослого сорта Саратовская 29 (нет генов
карликовости) очень чувствительна к опрыскиванию гиббереллином.
Мексиканская пшеница Сонора 64 (два гена карликовости) уже слабее
реагировала на обработку гормоном роста. А пшеница Мексика 50 (три гена
карликовости) вообще не реагировала на гиббереллин. Таким образом, был
сделан вывод: чем меньше генов карликовости, тем сильнее реакция на
гиббереллин, и наоборот.
Результаты многочисленных исследований подтвердили, что карликовость
растений определена генетически и приводит часто к нарушению синтеза
гиббереллинов. Но карликовые растения бывают гиббереллинозависимыми,
когда обработка гиббереллнном нормализует рост растения, и
гиббереллинонезависимыми, когда растения не реагируют на гиббереллин.
Вот почему иногда опрыскивание карликовых форм раствором этого гормона
не давало желаемых результатов, то есть не способствовало нормальному
росту.
