Любое растение – сложный живой организм, функционирование которого невозможно без ряда вырабатываемых им веществ. Среди них важная роль принадлежит фитогормонам, в том числе – абсцизовой кислоте.
По одному из принятых в науке определений, гормоны – это сигнальные химические вещества, вырабатываемые клетками организма и влияющие на клетки других частей организма. У животных синтез гормонов обычно происходит в специализированных органах, откуда при помощи кровеносной системы они разносятся по телу и служат для регуляции тех или иных процессов жизнедеятельности. Фитогормоны выполняют аналогичные функции, но у растений нет специальных органов для их синтеза.
Фитогормоны – химические соединения, присутствующие в растениях в очень малых количествах, но в большой степени влияющие на их состояние и развитие. Так, абсцизовая кислота (АБК) регулирует водный обмен в условиях недостатка влаги, индуцирует состояние покоя, а также выполняет целый ряд других функций, на которых мы подробнее остановимся дальше.
Абсцизовая кислота впервые была выявлена в 1949 году в почках растений, находящихся в состоянии покоя. Потом ее обнаружили во время экспериментов с хлопчатником, но тогда препараты АБК получить не удалось. Серьезные исследования вещества начались в 1963 году, когда его из листьев березы выделили американские и британские ученые. Полное наименование абсцизовой кислоты: [S-(Z,E)]-5-(1-гидрокси-2,6,6 -триметил-4-оксо-2-циклогексен-1-ил)-3-метил-2,4-пентандиеновая кислота. Иногда в литературе можно встретить такие устаревшие названия как абсцизин и дормин. Образуется она в любых клетках растений, имеющих пластиды, но основные места синтеза – листья и корневой чехлик.
АБК является антагонистом ряда других фитогормонов – ауксинов (гормоны, стимулирующие процессы роста), цитокининов (стимулируют деление клеток), гиббереллинов (контролируют прорастание семян, рост побегов в длину и т.п.). Соответственно, АБК тормозит указанные процессы, что в определенных условиях жизненно важно для растений.
Одна из наиболее известных функций абсцизовой кислоты – препятствование потерям влаги. В ответ на стресс, вызванный неблагоприятными условиями засухи, синтезируется большое количество АБК. Из разных частей растения она быстро перемещается в листья и корни. По сравнению с обычным содержанием, ее концентрация в этих органах буквально за считанные минуты возрастает в десятки раз.
В листьях вещество вызывает закрывание устьиц, благодаря чему снижается транспирация и растение перестает терять влагу. Из-за такого эффекта АБК называют еще антитранспирантом.
В корнях абсцизовая кислота, напротив, увеличивает проницаемость клеток корневых волосков для воды. Таким образом, растение эффективно использует даже небольшие запасы влаги, содержащейся в грунте. Кроме того, во время засухи АБК вызывает рост корня в длину, что помогает усваивать влагу, находящуюся в более глубоких слоях почвы.
Если же засушливый период продолжается долго и описанные выше механизмы не помогают обеспечить растение влагой, то абсцизовая кислота начинает влиять на весь метаболизм. В итоге, жизненные процессы замедляются и растение переходит в режим максимальной экономии ресурсов.
Кроме реагирования на недостаток влаги, АБК помогает растениям адаптироваться к засолению и низким температурам.
Во всех перечисленных выше случаях усиленный синтез фитогоромона в растении запускается, если произошло снижение тургорного давления внутри клетки.
Определяющей является роль абсцизовой кислоты в индуцировании состояния покоя семян, клубней, корнеплодов, так как она препятствует действию гиббереллинов. Например, при длительном хранении плодов фруктовых деревьев в норме не происходит прорастания семян внутри них, за что мы должны быть благодарны как раз АБК. Для каждого растения существует определенное время, в течение которого происходит формирование зародыша, его дозревание, накопление питательных веществ в семени и т.п. Абсцизовая кислота на протяжении всего этого периода препятствует переходу семян в активное состояние.
Изредка можно обнаружить проросшие семена даже внутри еще недозревших плодов, что вызвано именно нехваткой абсцизовой кислоты. Происходит такое при нарушениях ее синтеза или сбоях в восприятии АБК клетками и вызвано мутациями в некоторых генах. Данное явление получило название «вивипария», что переводится как «живорождение».
Семена большинства видов прорастают, когда концентрация абсцизовой кислоты в них падает, для чего необходима влага. Вода, полученная с талыми водами или, например, во время предпосевного замачивания, вымывает АБК, давая возможность действовать другим гормонам и пробуждать зародыш. Но некоторым видам для ее разрушения нужно еще и достаточно длительное воздействие низких температур. Семена таких растений в природных условиях прорастают только после перезимовки – на следующий год или даже через несколько лет. При выращивании в культуре, их подготовка к посеву требует обязательного проведения стратификации.
Абсцизовая кислота сохраняет в состоянии покоя корнеплоды и клубни, в результате чего не происходит их прорастания в зимний период.
Похожее воздействие данный фитогормон оказывает на почки растений. Благодаря АБК, они остаются в состоянии покоя, пока не наступают благоприятные условия окружающей среды для их распускания.
Интересно, что у большинства растений высокое содержание абсцизовой кислоты наблюдается всю осень и сохраняется с наступлением заморозков, препятствуя пробуждению почек во время оттепелей. Но у некоторых видов, например, конского каштана, концентрация фитогормона снижается сравнительно рано, еще до наступления устойчивых холодов. Из-за этого мы можем наблюдать повторное цветение таких растений, если осень выдалась теплая и долгая.
Также абсцизовая кислота играет важную роль в процессе опадания листьев в засушливые периоды. Под ее влиянием останавливается деление клеток камбия, первичный и вторичный рост, ингибируется образование ферментов, необходимых для фотосинтеза. По поводу участия АБК в осеннем листопаде мнения ученых расходятся. Многие считают, что в умеренных и северных широтах этот процесс больше зависит не от абсцизовой кислоты, а от этилена.
АБК регулирует рост побегов в длину. В течение теплого периода года она постепенно накапливается в листьях и побегах. Когда ее концентрация достигает максимума, происходит блокирование ауксина и рост останавливается.
У некоторых водных видов растений абсцизовая кислота определяет разную форму листьев. Благодаря ее влиянию, надводные листья отличаются от подводных.
Хотя АБК выполняет множество функций, жизнедеятельность растений без нее все же возможна, но только в особых случаях. Ученые проводили эксперименты, во время которых блокировали ее синтез. Когда создавались такие условия окружающей среды, которые не требовали обязательного воздействия АБК, подопытные растения чувствовали себя вполне нормально. Но в природе или в реальной обстановке полей и садов такое, конечно, невозможно. К слову, выживание представителей флоры без цитокининов и ауксинов – гормонов, по отношению к которым АБК является антагонистом, – невозможно даже в лаборатории.
Абсцизовая кислота синтезируется не только в растениях, но и в грибах, водорослях цианобактериях, а также в организме млекопитающих, включая человека.
Когда человеческий организм функционирует нормально, АБК находится в нем в небольших количествах. Но при повышении уровня глюкозы начинается повышенное ее образование. Абсцизовая кислота способна соединяться с глюкозой, образуя конъюгаты, что приводит к нормализации уровня сахара в крови. На этом основано применение АБК в медицине для лечения диабета и преддиабета. Также обнаружено ее положительное влияние при заболеваниях сердечно-сосудистой системы, нейродегенеративных болезнях и некоторых формах рака.
Дальнейшие исследования данного вещества и эксперименты с ним продолжаются – и в медицине, и в сельском хозяйстве. В частности, проводятся опыты по повышению устойчивости растений к засухе. Хотя обработка сельскохозяйственных культур непосредственно абсцизовой кислотой может уменьшить транспирацию и расходование влаги, ученые от такой идеи отказались из-за слишком высокой стоимости получения больших количеств фитогормона. Они пошли путем создания организмов с мутациями, затрагивающими рецепторы, связывающие определенный белок АБК. Такой подход позволяет получить растения, реагирующие на определенный пестицид как на фитогормон, что усиливает их засухоустойчивость после обработки.
Несомненно, абсцизовая кислота – соединение, которое еще не раскрыло всего своего потенциала, и в будущем послужит человечеству в качестве лекарства и средства для получения более высоких урожаев.
Поділитись в соцмережах:
