GIBBERELLINE: TYPEN, FUNKTION, WIRKUNGSWEISE, BIOSYNTHESE - BIOLOGIE - 2025

Die Gibberelline sind Pflanzenhormone oder Phytohormone, die an verschiedenen Wachstumsprozessen und der Entwicklung höherer Pflanzen beteiligt sind. Tatsächlich stimulieren sie das Wachstum und die Dehnung des Stiels, die Entwicklung der Früchte und die Keimung der Samen.

Seine Entdeckung wurde Mitte der 1930er Jahre von japanischen Forschern gemacht, die das abnormale Wachstum von Reispflanzen untersuchten. Der Name Gibberellin stammt vom Pilz Gibberrella funjikuroi, einem Organismus, aus dem er ursprünglich extrahiert wurde, dem Erreger der "Bakanae" -Krankheit.

Stammverlängerung durch Anwendung von Gibberellinen gefördert. Quelle: flickr.com

Trotz der Tatsache, dass mehr als 112 Gibberelline identifiziert wurden, zeigen nur sehr wenige physiologische Aktivität. Nur Gibberellin A ₃ oder Gibberellinsäure und Gibberelline A ₁ , A ₄ und A ₇ sind von kommerzieller Bedeutung.

Diese Phytohormone fördern überraschende Veränderungen der Pflanzengröße und induzieren zusätzlich die Zellteilung in Blättern und Stängeln. Der sichtbare Effekt seiner exogenen Anwendung ist die Dehnung dünner Stängel, weniger Zweige und zerbrechlicher Blätter.

Typen

Die Struktur von Gibberellinen ist das Ergebnis der Vereinigung von Isoprenoiden mit fünf Kohlenstoffatomen, die zusammen ein Vierringmolekül bilden. Seine Klassifizierung hängt von der biologischen Aktivität ab.

Gibberellinsäure. Quelle: researchgate.net

Freie Formen

Es entspricht jenen Substanzen, die aus dem Ent-Kauren stammen, dessen Grundstruktur das Ent-Giberelano ist. Sie werden als saure Diterpenoide klassifiziert, die vom heterocyclischen Kohlenwasserstoff ent-Kaureno abgeleitet sind. Es sind zwei Arten von freien Formen bekannt.

• Inaktiv: hat 20 Kohlenstoffe.
• Aktiv: Sie haben 19 Kohlenstoffe, da sie einen bestimmten Kohlenstoff verloren haben. Die Aktivität ist so konditioniert, dass sie 19 Kohlenstoffe aufweist und an Position 3 eine Hydroxylierung aufweist.

Formen konjugieren

Sie sind jene Gibberelline, die mit Kohlenhydraten assoziiert sind, so dass sie keine biologische Aktivität haben.

Funktion

Die Hauptfunktion von Gibberellinen ist die Induktion des Wachstums und der Verlängerung von Pflanzenstrukturen. Der physiologische Mechanismus, der eine Verlängerung ermöglicht, hängt mit Änderungen der endogenen Calciumkonzentration auf zellulärer Ebene zusammen.

Die Anwendung von Gibberellinen begünstigt die Entwicklung der Blüte und der Blütenstände verschiedener Arten, insbesondere bei Langtagspflanzen (PDL). In Verbindung mit Phytochromen zeigen sie einen synergistischen Effekt, der die Differenzierung von Blütenstrukturen wie Blütenblättern, Staubblättern oder Fruchtblättern während der Blüte stimuliert.

Blüte in Zitrusfrüchten. Quelle: pixabay.com

Andererseits verursachen sie die Keimung von Samen, die ruhend bleiben. In der Tat aktivieren sie die Mobilisierung der Reserven und induzieren die Synthese von Amylasen und Proteasen in den Samen.

Ebenso begünstigen sie die Entwicklung der Früchte und stimulieren das Setzen oder die Umwandlung der Blüten in Früchte. Darüber hinaus fördern sie die Parthenokarpie und werden zur Herstellung kernloser Früchte verwendet.

Aktionsmodus

Gibberelline fördern die Zellteilung und -verlängerung, da kontrollierte Anwendungen die Anzahl und Größe der Zellen erhöhen. Die Wirkungsweise von Gibberellinen wird durch die Variation des Gehalts an Calciumionen im Gewebe reguliert.

Diese Phytohormone werden aktiviert und erzeugen in sehr geringen Konzentrationen in Pflanzengeweben physiologische und morphologische Reaktionen. Auf zellulärer Ebene ist es wichtig, dass alle beteiligten Elemente vorhanden und lebensfähig sind, damit die Änderung stattfinden kann.

Der Wirkungsmechanismus von Gibberellinen wurde im Keimungs- und Wachstumsprozess des Embryos in Gerstensamen (Hordeum vulgare) untersucht. Tatsächlich wurde die biochemische und physiologische Funktion von Gibberellinen anhand der Veränderungen überprüft, die bei diesem Prozess auftreten.

Gerstenanbau. Quelle: pixabay.com

Gerstensamen haben eine Schicht proteinreicher Zellen unter dem Episperm, die sogenannte Aleuronschicht. Zu Beginn des Keimungsprozesses setzt der Embryo Gibberelline frei, die auf die Aleuronschicht einwirken und gleichzeitig hydrolytische Enzyme erzeugen.

Bei diesem Mechanismus ist die α-Amylase, die für den Abbau von Stärke in Zucker verantwortlich ist, das wichtigste synthetisierte Enzym. Studien haben gezeigt, dass Zucker nur gebildet wird, wenn die Aleuronschicht vorhanden ist.

Daher ist die aus der Aleuronschicht stammende α-Amylase für die Umwandlung der Reservestärke in das stärkehaltige Endosperm verantwortlich. Auf diese Weise werden die freigesetzten Zucker und Aminosäuren vom Embryo gemäß seinen physiologischen Anforderungen verwendet.

Es wird vermutet, dass Gibberelline bestimmte Gene aktivieren, die auf die mRNA-Moleküle wirken, die für die Synthese der α-Amylase verantwortlich sind. Obwohl noch nicht nachgewiesen wurde, dass das Phytohormon auf das Gen einwirkt, ist seine Anwesenheit für die Synthese von RNA und die Bildung von Enzymen wesentlich.

Gibberellin-Biosynthese

Gibberelline sind Terpenoidverbindungen, die vom Gibbonring abgeleitet sind und aus einer tetracyclischen Ent-Giberelan-Struktur bestehen. Die Biosynthese erfolgt über den Mevalonsäure-Weg, der der Hauptmetallweg in Eukaryoten ist.

Dieser Weg findet im Cytosol und im endoplasmatischen Retikulum von Zellen von Pflanzen, Hefen, Pilzen, Bakterien, Algen und Protozoen statt. Das Ergebnis sind Fünf-Kohlenstoff-Strukturen, die als Isopentenylpyrophosphat und Dimethylallylpyrophosphat bezeichnet werden und zur Gewinnung von Isoprenoiden verwendet werden.

Isoprenoide sind die Promotormoleküle verschiedener Partikel wie Coenzyme, Vitamin K und darunter Phytohormone. Auf pflanzlicher Ebene endet der Stoffwechsel normalerweise mit der Gewinnung von GA ₁₂ -Aldehyd.

Sobald diese Verbindung erhalten ist, folgt jede Pflanzenart unterschiedlichen Prozessen, bis die Vielfalt der bekannten Gibberelline erreicht ist. Tatsächlich wirkt jedes Gibberellin unabhängig oder interagiert mit den anderen Phytohormonen.

Dieser Prozess findet ausschließlich im meristematischen Gewebe junger Blätter statt. Diese Substanzen werden dann durch das Phloem in den Rest der Pflanze übertragen.

Bei einigen Arten werden Gibberelline an der Wurzelspitze synthetisiert und durch Phloem in den Stamm übertragen. Ebenso haben unreife Samen einen hohen Gehalt an Gibberellinen.

Natürliche Gibberelline erhalten

Die Fermentation von stickstoffhaltigen und kohlensäurehaltigen Quellen und Mineralsalzen ist der natürliche Weg, um kommerzielle Gibberelline zu erhalten. Als Kohlenstoffquelle werden Glucose, Saccharose, natürliche Mehle und Fette verwendet und Mineralsalze von Phosphat und Magnesium angewendet.

Der Prozess benötigt 5 bis 7 Tage für eine effektive Fermentation. Ständige Rühr- und Belüftungsbedingungen sind erforderlich, wobei ein Durchschnitt von 28 bis 32 ° C und ein pH-Wert von 3 bis 3,5 eingehalten werden.

In der Tat wird der Gibberellin-Rückgewinnungsprozess durch die Dissoziation der Biomasse von der fermentierten Brühe durchgeführt. In diesem Fall enthält der zellfreie Überstand die Elemente, die als Pflanzenwachstumsregulatoren verwendet werden.

Auf Laborebene können Gibberellinpartikel durch einen Prozess von Flüssig-Flüssig-Extraktionssäulen gewonnen werden. Für diese Technik wird Ethylacetat als organisches Lösungsmittel verwendet.

Andernfalls werden Anionenaustauscherharze auf den Überstand aufgebracht, wodurch die Ausfällung von Gibberellinen durch Gradientenelution erreicht wird. Schließlich werden die Partikel getrocknet und entsprechend dem festgelegten Reinheitsgrad kristallisiert.

Im landwirtschaftlichen Bereich werden Gibberelline mit einem Reinheitsgrad zwischen 50 und 70% verwendet, gemischt mit einem kommerziell inerten Bestandteil. Bei Mikropropagationstechniken und In-vitro-Kulturen wird die Verwendung kommerzieller Produkte mit einem Reinheitsgrad von mehr als 90% empfohlen.

Physiologische Wirkungen

Die Anwendung von Gibberellinen in kleinen Mengen fördert verschiedene physiologische Wirkungen in Pflanzen, darunter:

• Induktion von Gewebewachstum und Stammverlängerung
• Stimulierung der Keimung
• Förderung von Früchten aus Blumen
• Regulierung der Blüte und Fruchtentwicklung
• Umwandlung von zweijährigen Pflanzen in einjährige Pflanzen
• Veränderung des sexuellen Ausdrucks
• Unterdrückung des Zwergwuchses

Pflanzenwachstum. Quelle: flickr.com

Die exogene Anwendung von Gibberellinen wirkt sich auf den jugendlichen Zustand bestimmter Pflanzenstrukturen aus. Stecklinge oder Stecklinge, die zur vegetativen Vermehrung verwendet werden, beginnen leicht mit dem Wurzelbildungsprozess, wenn sich ihr jugendlicher Charakter manifestiert.

Im Gegenteil, wenn die Pflanzenstrukturen ihren erwachsenen Charakter zeigen, ist die Wurzelbildung null. Die Anwendung von Gibberellinen ermöglicht es der Pflanze, von ihrem jugendlichen in einen erwachsenen Zustand überzugehen oder umgekehrt.

Dieser Mechanismus ist wichtig, wenn Sie mit der Blüte von Pflanzen beginnen möchten, die ihre Jugendphase noch nicht abgeschlossen haben. Experimente mit Holzarten wie Zypressen, Kiefern oder der Eibe haben es geschafft, die Produktionszyklen erheblich zu verkürzen.

Kommerzielle Anwendungen

Die Anforderungen an Tageslichtstunden oder Kältebedingungen bei einigen Arten können durch spezifische Anwendungen von Gibberellinen erfüllt werden. Zusätzlich können Gibberelline die Bildung von Blütenstrukturen stimulieren und schließlich die sexuellen Eigenschaften der Pflanze bestimmen.

Während des Fruchtprozesses fördern Gibberelline das Wachstum und die Entwicklung von Früchten. Ebenso verzögern sie das Altern der Früchte, verhindern deren Verschlechterung im Baum oder sorgen für eine bestimmte Nutzungsdauer nach der Ernte.

Wenn kernlose Früchte (Parthenocarpy) erhalten werden sollen, induzieren spezifische Anwendungen von Gibberellinen dieses Phänomen. Ein praktisches Beispiel ist die Herstellung von kernlosen Trauben, die auf kommerzieller Ebene stärker nachgefragt werden als Arten mit Samen.

Samenlose Traubenfrüchte. Quelle: moyca.org

In diesem Zusammenhang ermöglichen Anwendungen von Gibberellinen in ruhenden Samen die Aktivierung physiologischer Prozesse und gehen aus diesem Zustand hervor. Tatsächlich aktiviert eine angemessene Dosis hydrolytische Enzyme, die Stärke in Zucker zerlegen, was die Entwicklung des Embryos begünstigt.

Auf biotechnologischer Ebene werden Gibberelline verwendet, um Gewebe in In-vitro-Kulturen pathogenfreier Explantate zu regenerieren. Ebenso stimulieren Anwendungen von Gibberellinen in Mutterpflanzen deren Wachstum und erleichtern die Extraktion gesunder Spitzen auf Laborebene.

Auf kommerzieller Ebene ermöglichen Anwendungen von Gibberellinen beim Anbau von Zuckerrohr (Saccharum officinarum) eine Steigerung der Zuckerproduktion. In dieser Hinsicht induzieren diese Phytohormone die Verlängerung der Internodien, in denen Saccharose produziert und gelagert wird. Je größer die Größe, desto größer ist die Anreicherung von Zucker.

Verweise

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