Xitôkinin - Cytokinin

1. Xitôkinin (Cytokinin) là gì? Nguồn gốc Xitôkinin (Cytokinin).

- Xitôkinin (Cytokinin) là nhóm hóc môn thực vật thứ ba được phát hiện sau auxin và giberelin - thuốc nhóm chất kích thích sinh trưởng thực vật.

- Xitôkinin (Cytokinin) tự nhiên trong cây được tách lần đầu tiên năm 1963 bởi Letham và Miller ở dạng kết tinh từ hạt ngô gọi là zeatin có hoạt tính mạnh hơn kinetin 10-100 lần. Sau đó người ta đã phát hiện ra Xitôkinin (Cytokinin) ở trong các thực vật khác nhau và là một nhóm chất kích thích sinh trưởng quan trọng ở trong cây.

- Xitôkinin (Cytokinin) được tạo ra trong ngọn rễ và trong hạt đang phát triển, sau đó, được vận chuyển qua mô gỗ từ rễ lên thân.

- Xitôkinin (Cytokinin) có vai trò chính trong sự phân cắt tế bào.

- Tác động của Xitôkinin (Cytokinin) lên sự tăng trưởng của tế bào trong môi trường nuôi cấy mô lệ thuộc vào sự hiện diện đồng thời của auxin, tỉ lệ giữa Xitôkinin (Cytokinin) và auxin có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định sự chuyên hóa của tế bào mới.

Xitôkinin (Cytokinin) trong cây: Zeatin (chủ yếu) 2iP – 6 (di-methyl-allyl-amino) purine

Xitôkinin (Cytokinin) tổng hợp: Kinetin Benzyl adenin (BA) Benzyl-amino-purine (BAP) Thidiazuron (TDZ)

2. Công thức cấu tạo của Xitôkinin (Cytokinin)

- Xitôkinin (Cytokinin) là các dẫn xuất của base Adenine. Có nhiều loại Xitôkinin (Cytokinin) khác nhau, quan trọng nhất là kinetin và zeatin.

Một số Xitôkinin (Cytokinin) điển hình

3. Đặc tính sinh lý của Xitôkinin (Cytokinin)

• Xitôkinin (Cytokinin) kích thích sự phân bào qua đó kích thích sự sinh trưởng của tế bào

Tính chất đặc trưng của Xitôkinin (Cytokinin) 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 Xitôkinin (Cytokinin) hoạt hóa mạnh mẽ quá trình tổng hợp axit nucleic và protein dẫn đến kích sự phân chia tế bào. 

Thí nghiệm sự phân hóa chồi và rễ theo nồng độ Kinetin Benzyl adenin (BA) và Auxin NAA

- Xitôkinin (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 Xitôkinin (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 Xitôkinin (Cytokinin) thì kích thích sự ra rễ, còn tỷ lệ Xitôkinin (Cytokinin) cao hơn auxin thì kích thích ra chồi.

- Ngoài ra Xitôkinin (Cytokinin) còn có mối quan hệ tương tác với auxin, Xitôkinin (Cytokinin) làm yếu hiện tượng ưu thế ngọn, làm phân cành nhiều. Xitôkinin (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.

- Ðể tăng hệ số nhân giống, người ta thường tăng nồng độ Xitôkinin (Cytokinin) trong môi trường nuôi cấy ở giai đoạn tạo chồi. Ở trong cây rễ là cơ quan tổng hợp Xitôkinin (Cytokinin) chủ yếu nên rễ phát triển mạnh thì hình thành nhiều Xitôkinin (Cytokinin) và kích thích chồi trên mặt đất cũng hình thành nhiều.

• Xitôkinin (Cytokinin) làm chậm quá trình hoá già của tế bào, mô

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 Xitôkinin (Cytokinin) nội sinh và kéo dài thời gian sống của lá lâu hơn. Hàm lượng Xitôkinin (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.

• Xitôkinin (Cytokinin) ảnh hưởng đến sự nảy mầm của hạt và củ

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

4. Các loại Xitôkinin (Cytokinin) thông dụng:

+ Các loại Xitôkinin (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 Xitôkinin (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 Xitôkinin (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 Xitôkinin (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 Xitôkinin (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)

+ Tính chất của của một số Xitôkinin (Cytokinin) thông dụng:

5. Ứng dụng của Xitôkinin (Cytokinin) trong sản xuất nông nghiệp

- Sử dụng dung dịch nước dừa (dung dịch nước dừa có chứa dinh dưỡng và Xitôkinin (Cytokinin) tự nhiên) ngâm hạt vừng trước khi gieo và phun lên lá của cây vừng (Sesamum indicum L.) đã làm cho quá trình sinh trưởng (tỷ lệ nảy mầm của hạt, diện tích lá, trọng lượng tươi và trọng lượng khô),năng suất (số quả/cây, số hạt/cây, trọng lượng hạt / cây, trọng lượng 1.000 hạt),phẩm chất hạt (hàm lượng lipit, protein, gluxit) đã được cải thiện.

- Điều khiển số lượng hoa đực, hoa cái theo ý muốn: Nếu nuôi cây đơn tính từ cây con mà chỉ để lại lá, loại trừ rễ thì cây sẽ tạo nên 85 - 90% là cây đực. Còn ngược lại nếu rễ phát triển và loại bỏ lá thì đa phần là cây cái. Như vậy thì lá có khả năng biểu hiện tính đực, còn rễ cây biểu hiện tính cái. Trong điều kiện vừa có rễ vừa có lá tức là có sự cân bằng về giới tính. Nếu người ta tách phôi rồi nuôi cấy trong môi trường nhân tạo và trong môi trường chỉ bổ sung GA thì có 95 - 100% là hoa đực. Còn nếu chỉ có Xitôkinin (Cytokinin) thì 95 - 100% là hoa cái.

Ví dụ: Trên các cây họ Bầu bí như bí ngô, bí đao, mướp, dưa lê, dưa chuột, dưa hấu. 

- Sự hình thành quả và quả không hạt: Sau quá trình thụ phấn, thụ tinh thì quả bắt đầu được hình thành và sinh trưởng nhanh chóng. Sự lớn lên của quả là do sự phân chia tế bào đặc biệt là do sự dãn nhanh của tế bào trong bầu. Sự tăng trưởng kích thước, thể tích của quả một cách nhanh chóng là đặc trưng sự sinh trưởng của quả. 

Ví dụ một quả táo tây có thể tăng thể tích 6000 lần trong 20 tuần lễ sinh trưởng. Sự sinh trưởng nhanh chóng như vậy là do được điều chỉnh bằng phytohoocmon xuất hiện trong phôi hạt. Trong đó vai trò của Xitôkinin (Cytokinin) và sự sinh trưởng của quả là rất lớn.Trong quả non mới hình thành có chứa nhiều Xitôkinin (Cytokinin). Xitôkinin (Cytokinin) kích thích sự phân chia tế bào. Vì vậy trong giai đoạn sinh trưởng đầu của quả Xitôkinin (Cytokinin) có vai trò rất quan trọng. Việc sử dụng Xitôkinin (Cytokinin) cũng có thể làm tăng kích thước của quả như auxin và GA.Ví dụ: táo, chanh, cam nho…

- Điều khiển sự già hóa bằng kỹ thuật trồng trọt và sử dụng citokinin: Phân bón và nước là hai yếu tố quan trọng quyết định tốc độ già hoá của cơ quan và của cây. Phân đạm và nước sẽ làm cây sinh trưởng mạnh, đâm chồi nảy lộc nhiều và kéo dài thời gian sinh trưởng, ra hoa kết quả chậm lại. Hạn và bón vôi sẽ làm cây chóng già, ra hoa kết quả sớm vì rút ngắn thời gian sinh trưởng. Để điều khiển sự ra hoa của cây hoa, cây cảnh người ta thường tác động đến bộ rễ vì rễ là cơ quan tổng hợp Xitôkinin (Cytokinin) - hoocmon hoá trẻ. Kỹ thuật đảo quất rất quen thuộc đối với các nhà làm vườn trồng quất cảnh. Muốn ra hoa kết quả đồng loạt và dúng vào dịp tết nguyên đán, người ta tiến hành đảo chúng, quật lên khỏi mặt đất nhằm mục đích là hạn chế sự sinh trưởng của rễ - tức là hạn chế nguồn dinh dưỡng từ đất và đặc biệt là hạn chế nguồn Xitôkinin (Cytokinin) được tổng hợp trong rễ. Thiếu Xitôkinin (Cytokinin),các chồi ngừng sinh trưởng và chuyển sang phân hoá hoa. Để cho cây chóng ra hoa, người ta thường xiên vào rễ hoặc cắt bớt rễ cũng nhằm mục đích như vậy. 

- Làm chậm sự già hoá của rau bằng cách kết hợp với một số loại khác: Các loại rau xanh sau khi thu hoạch rất nhanh bị hỏng, giảm phẩm chất. Hàm lượng diệp lục và protein bị giảm nhanh. Xitôkinin (Cytokinin) và các retardant sinh trưởng sẽ kìm hãm sự già hoá của sau trong khi bảo quản.

+ Bắp cải: Người ta phun benzyl adenin (BA) nồng độ 20 - 40 ppm ngay sau khi thu hoạch thì có thể giữ được màu xanh (hàm lượng diệp lục) lâu hơn bắp cải không xử lí. Thời gian bảo quản này có thể kéo dài vài ngày, thậm chí 2 -3 tuần.

+ Xà lách: Lá xà lách bị úa vàng rất nhanh sau khi thu hoạch. Phun BA nồng độ 2,5 - 10 ppm có thể giữ lá xà lách tươi và xanh trong 3 - 5 ngày. Có thể sử dụng CCC và SADH ở nồng độ 10 - 50 ppm cũng có hiệu quả kéo dài thời gian bảo quản xà lách 5 - 10 ngày.

+ Xúp lơ: Với xúp lơ sau khi thu hoạch việc hoá vàng và rụng các lá làm giảm phẩm chất. Ở Mỹ người ta sử dụng phối hợp dung dịch 10 ppm BA và 50 ppm 2,4D và bảo quản ở 9^oC thì sau 28 ngày xúp lơ còn giữ nguyên màu xanh.

+ Cần tây: Người ta phun BA nồng độ 10 ppm có thể bảo quản được 22 ngày. Còn nếu xử lí BA bảo quản ở 4^oC thì thời gian kéo dài đến 40 ngày.

- Kìm hãm sự già hoá của quả: Sự chín của quả cũng biểu hiện quá trình hoá già của quả. Việc kéo dài thời kì chín của quả tức kìm hãm sự già hoá của chúng có ý nghĩa quan trọng trong bảo quản quả tươi cũng như thuận lợi cho thời vụ thu hoạch quả. Chất điều hoà sinh trưởng là phương tiện kéo dài sự chín của quả. Ví dụ: cam, chanh, hồng… 

- Kéo dài đời sống của hoa cắt: Hoa sau khi cắt khỏi cây sẽ rất chóng tàn. Tốc độ hoá già tuỳ thuộc vào từng loại hoa cắt. Việc ngăn chặn sự hoá già, kéo dài thời gian tồn tại của hoa cắt là một yêu cầu thực tiễn. Ví dụ: Hoa mõm chó người ta sử dụng Xitôkinin (Cytokinin) và các dẫn xuất của nó là có hiệu quả nhất, kéo dài thời gian cắm hoa này lên 10 ngày so với đối chứng không xử lí là 4,7 ngày.

- Sử dụng auxin và Xitôkinin (Cytokinin) để điều khiển sự phát sinh cơ quan (rễ, chồi) trong nuôi cấy mô:

+ Để nhân nhanh invitro, trong giai đoạn đầu cần phải điều khiển mô nuôi cấy phát sinh thật nhiều chồi để tăng hệ số nhân. Vì vậy người ta tăng nồng độ xytokinin trong môi trường nuôi cấy.

+ Để tạo cây hoàn chỉnh đưa ra đất người ta tách chồi và cấy vào môi trường ra rễ trong đó hàm lượng auxin được tăng lên.