Įvadas
Kiekvieną augalo gyvenimo etapą{0}}nuo to momento, kai mieganti sėkla nustato drėgmę dirvoje, iki galutinio prinokusių vaisių kritimo-, valdo vidinė, labai sudėtinga biologinė choreografija. Skirtingai nuo gyvūnų, turinčių specializuotas liaukas, išskiriančias hormonus, augalai savo audiniuose gamina mikroskopinius cheminius pasiuntinius, kurie persikelia ir sukelia specifines fiziologines reakcijas. Šie natūraliai atsirandantys junginiai organizuoja ląstelių dalijimąsi, stiebo pailgėjimą, šaknų architektūrą, žydėjimą ir apsaugą nuo streso.
Šiuolaikinėje komercinėje žemės ūkyje ir sodininkystėje pasikliauti vien gamyklos vidiniu laiku dažnai nepakanka, kad būtų patenkinti griežti pasaulinių tiekimo grandinių, kintančio klimato ir maisto saugumo tikslai. Norėdami aktyviai valdyti šiuos biologinius procesus, augintojai naudoja specializuotas chemines priemones, žinomas kaip augalų augimo reguliatorius (PGR). Tai gali būti sintetinės natūralių augalų hormonų kopijos, visiškai sukurti junginiai, imituojantys hormonų kelius, arba cheminiai blokatoriai, laikinai slopinantys augalo vidinę hormonų sintezę.
Augalų augimo reguliatorius toli gražu nėra paprastos trąšos ar maistinės medžiagos, bet nemaitina augalo. Vietoj to, jis veikia kaip molekulinis jungiklis, keičiantis augalo struktūrinius ir reprodukcinius prioritetus. Naudojant šias priemones, augintojai gali manipuliuoti vainiko aukščiu, sinchronizuoti vaisių nokimą, skatinti šaknų vystymąsi ir apsaugoti pasėlius nuo niokojančių ekstremalių aplinkos sąlygų. Atskiros šių junginių kategorijų ir jų veikimo mechanizmų supratimas yra pagrindinė aukšto-efektyvaus ir šiuolaikinio pasėlių valdymo sąlyga.
Pailgėjimo ir tropizmo meistrai: auksinai ir giberelinai
Norint efektyviai valdyti pasėlių vainiką, reikia suprasti hormoninius veiksnius, lemiančius ląstelių plėtimąsi ir struktūrinę orientaciją. Auksinai ir giberelinai yra dvi iš seniausių atrastų ir plačiausiai naudojamų augimą{1}}skatinančių reguliatorių grupių žemės ūkyje.
Auksinai: šaknų ir formos architektai
Už ląstelių pailgėjimą atsakingi auksinai, kuriuos daugiausia sudaro natūraliai esanti indolo-3-acto rūgštis (IAA) ir sintetiniai variantai, tokie kaip Indol-3-sviesto rūgštis (IBA) ir naftaleno acto rūgštis (NAA). Jie koordinuoja, kaip augalas reaguoja į šviesą (fototropizmas) ir gravitaciją (geotropizmas), pakeisdamas koncentracijos lygius augalo audiniuose, todėl ląstelės šešėlinėje stiebo pusėje išsitempia, lenkdamos augalą saulės link.
Komercinėje aplinkoje auksinai yra labai vertinami dėl jų gebėjimo diktuoti viršūninį dominavimą-biologinį mechanizmą, kai pagrindinis centrinis stiebas auga stipriau nei šoninės šakos. Manipuliuodami auksino kiekiu, augintojai gali valdyti šakojimosi modelius. Be to, sintetiniai auksinai yra dauginimo pramonės kertinis akmuo. Naudojant stiebo auginius, IBA ir NAA skatina greitą nespecializuotų ląstelių diferenciaciją į šaknies audinį, paverčiant pažeidžiamus auginius tvirtomis, savaime{4}}išlaikančiomis šaknų sistemomis. Esant didesnėms koncentracijoms, tam tikri sintetiniai auksinai per daug stimuliuoja augalų augimą taip smarkiai, kad jie veikia kaip selektyvūs herbicidai, todėl ši klasė yra neįtikėtinai universali.
Giberelinai: ūgio ir daigumo varikliai
Nors auksinai plečia atskiras ląsteles, giberelinai (GA) skatina masinį ląstelių dalijimąsi ir pailgėjimą augalų stiebų tarpubambiuose. Giberelinai, kuriuos iš pradžių atrado mokslininkai, tiriantys ryžių ligą, dėl kurios augalai užaugo neįprastai aukšti ir smailūs, tapo itin svarbiu pasėlių aukščio, sėklų daigumo ir reprodukcinės brandos kontrolės priedu.
Giberelinai nutraukia sėklų ramybės būseną, signalizuodami embrionui, kad jis gamintų būtinus fermentus, kurie virškina sukauptą krakmolą ir skatina greitą daigų augimą. Vynuogininkystės pramonėje giberelio rūgštis (GA3) yra įprasta valgomųjų vynuogių be sėklų praktika. Kai purškiama žydėjimo metu, GA3 pailgina kekės stiebus, suteikdama atskiroms vynuogėms daugiau erdvės augti. Šis padidėjęs oro srautas sumažina grybelinių ligų spaudimą klasteryje ir žymiai padidina galutinį uogų dydį bei rinkos vertę.
Kai šios dvi grupės diegiamos kartu arba nuosekliai, jos sudaro galingą reguliavimo partnerystę. Auksinai nustato šaknų architektūrą ir palaiko struktūrinę kryptį, o giberelinai skatina spartų vertikalų ir struktūrinį išsiplėtimą, leidžiantį pasėliams pasiekti optimalų šviesos sulaikymą ankstyvuoju auginimo sezonu.
Skilimo ir senėjimo veiksniai: citokininai ir etilenas
Pasėliams iš ankstyvo struktūrinio vystymosi pereinant į brandžias reprodukcijos fazes, jo biologiniai poreikiai pereina nuo paprasto pailgėjimo prie greito ląstelių dalijimosi ir galimo audinių brendimo. Šį perėjimą pirmiausia lemia citokininų ir etileno sąveika.
Citokininai: skilimo ir jaunystės greitintojai
{0}}Dvidešimtojo amžiaus viduryje atliekant audinių kultūros eksperimentus, citokininai sintetinami daugiausia aktyviuose šaknų galiukuose ir perkeliami į viršų per ksilemą. Pagrindinė jų biologinė funkcija yra skatinti citokinezę-fizinį vienos augalo ląstelės dalijimąsi į dvi.
Tiesiogiai priešingai auksinams, kurie skatina viršūninį dominavimą, citokininai skatina šoninių pumpurų augimą. Kai citokinino ir auksino santykis yra didelis, augalai išauga krūmiškesni, su gausesnėmis šoninėmis šakomis, todėl dekoratyvinėse ir vaisinėse kultūrose gali padidėti žydėjimo vietos. Be to, citokininai yra stiprios augalų audinių senėjimą stabdančios medžiagos. Jie atitolina senėjimą (natūralų lapų senėjimą ir skilimą), užkertant kelią chlorofilo skilimui ir palaikydami maistinių medžiagų mobilizaciją į apdorotus lapus. Laikant po-derliaus nuėmimo, citokinino naudojimas gali pailginti lapinių daržovių ir žalių pasėlių tinkamumo- laiką, išsaugodamas šviežumą transportuojant.
Etilenas: dujinis brendimo katalizatorius
Skirtingai nuo visų kitų augalų hormonų, kurie yra skysti arba kieti junginiai, keliaujantys per kraujagyslių sultis, etilenas yra lakios dujos. Jį gamina beveik visos aukštesniųjų augalų dalys, o koncentracija smarkiai padidėja struktūrinio streso, lapų nukritimo ir vaisių nokimo metu.
Komerciniame žemės ūkyje etileno tvarkymas yra kelių{0}}milijonų-dolerių pastangos. Kadangi sklinda oru, vienas per-pernokęs vaisiaus gabalėlis gali išskirti pakankamai etileno dujų, kad visoje saugykloje būtų pradėtas ankstyvas nokinimas ir vėlesnis gedimas. Siekdami konstruktyviai panaudoti šią galią, augintojai naudoja skystas kompozicijas, tokias kaip etefonas, kuris prasiskverbia į augalų audinius ir suyra viduje, kad išsiskirtų etileno dujos.
Etefonas naudojamas sinchronizuoti vaisių nokimą pasėliuose, tokiuose kaip pomidorai, obuoliai ir paprikos, todėl ūkininkai gali atlikti vieną, efektyvų mechaninį derlių, o ne kelis kartus rankiniu būdu. Ir atvirkščiai, gėlininkystės pramonėje etileno blokavimas yra gyvybiškai svarbus. Skintos gėlės yra apdorojamos etileno inhibitoriais, kad būtų išvengta priešlaikinio žiedlapių nukritimo ir vytimo gabenimo metu, užtikrinant, kad jos į vartotojų paskirties vietas atkeliautų nesugadintos.
Streso vadybininkas ir šiuolaikiniai sintetiniai blokatoriai: abscizo rūgštis ir augimą stabdantys vaistai
Augimas ir brendimas turi būti suderinti su išlikimu. Kai klimato sąlygos tampa nepalankios arba kai vertikalus pasėlių augimas gali sukelti struktūrinį žlugimą, augintojai ieško apsauginių reguliatorių ir sintetinių augimo blokatorių.
Abscic rūgštis: klimato skydas
Abscizo rūgštis (ABA) yra plačiai pripažinta kaip pagrindinis augalų streso hormonas. Kai pasėliams kyla staigių aplinkos problemų, tokių kaip didelė sausra, didelis druskingumas ar užšalimo temperatūra, ABA lygis akimirksniu padidėja. Svarbiausias jo vaidmuo yra reguliuoti apsaugines ląsteles, supančias stomatas{2}} mikroskopines poras lapų paviršiuose, atsakingas už dujų mainus ir transpiraciją.
Kai sumažėja dirvožemio drėgmė, ABA signalizuoja apsauginėms ląstelėms, kad jos greitai netenka turgorinio slėgio ir uždaro stomatą. Tai sustabdo vandens netekimą per transpiraciją, todėl augalas gali išsaugoti vidinę drėgmę ir išgyventi užsitęsusius sausros periodus. Nors natūraliai esantis ABA per greitai skyla saulės šviesoje, kad būtų veiksmingas purškimo šaltinis, šiuolaikiniai žemės ūkio tyrimai buvo skirti stabilių ABA analogų ir sintetinių mimikų kūrimui. Šios pažangos leidžia augintojams iš anksto-apdoroti laukus prieš numatomą karščio bangą ar sausrą, laikinai užblokuojant pasėlių drėgmės atsargas, kad būtų sumažintas derliaus praradimas.
Sintetiniai augimą stabdantys preparatai: optimizuoja stogelio vientisumą
Didelio našumo{0}}žemės ūkio sistemose pernelyg didelis vertikalus augimas gali būti rimta problema. Kai javų pasėliai, tokie kaip kviečiai ar miežiai, gauna daug azoto trąšų, jie gali tapti aukšti ir -sunkūs. Dėl stipraus vėjo ar smarkaus lietaus šie augalai gali nulūžti arba nukristi ant žemės, -tai yra niokojantis reiškinys, žinomas kaip išgulimas, kuris labai apsunkina mechaninį derliaus nuėmimą ir pablogina grūdų kokybę.
Siekdama su tuo kovoti, augalų apsaugos pramonė sukūrė sintetinius augimo stabdiklius, paprastai vadinamus anti{0}}giberelinais. Tokie junginiai, kaip chlormekvato chloridas, paklobutrazolas ir trineksapak-etilas, veikia chemiškai blokuodami tam tikrus augalo vidinio giberelino sintezės etapus.
Laikinai sustabdę giberelino gamybą, šie augalų augimo reguliatoriai sutrumpina tarpmazgių ilgį išilgai stiebo. Gauti augalai yra trumpesni, storesni ir pasižymi žymiai didesniu mechaniniu stiprumu, todėl yra labai atsparūs išgulimui. Be to, kadangi augalas negali eikvoti energijos vertikaliai vegetatyvinei plėtrai, jis nukreipia savo angliavandenius, cukrų ir maistines medžiagas žemyn, kad sustiprintų šaknų sistemą, ir į viršų, kad užpildytų grūdų galvutes ar vaisių grupes, tiesiogiai padidindamas pasėlių derliaus indeksą.
Tikslus pritaikymas, laikas ir aplinkos veiksniai
Kadangi augalų augimo reguliatoriai manipuliuoja pagrindiniu augalo genetiniu ir medžiagų apykaitos programavimu, jų diegimas reikalauja tokio veikimo tikslumo, kuris gerokai viršija standartinių pasėlių sąnaudų, tokių kaip trąšos ar fungicidai, tikslumą.
Dalių-Per-milijonui paradigma
Pagrindinė PGR taikymo taisyklė yra ta, kad koncentracija lemia fiziologinį rezultatą. Nors standartinis pesticidas gali būti sumaišytas litrais arba kilogramais vienam hektarui, augalų augimo reguliatorius apskaičiuojamas ir sumaišomas dalimis -iš -milijonų (ppm). Nedidelis klaidingas skaičiavimas gali sukelti katastrofiškų rezultatų. Pavyzdžiui, maža auksino -pagrįsto reguliatoriaus dozė gali paskatinti naudingą šaknų išsišakojimą, o nedidelis tos pačios molekulės perdozavimas gali sukelti vidinę etileno sintezę, sukeldama lapų kritimą, sustingimą arba visišką augalų mirtį.
Be to, programos laikas turi būti sinchronizuotas su konkrečiais kūrimo langais. Jei augintojas per anksti pasėlių vegetacinio tarpsnio metu naudoja augimą stabdančius vaistus, jie gali visam laikui susilpninti augalo struktūrinį pajėgumą. Jei naudojama per vėlai, pradėjus formuotis sėklų galvutėms, cheminė medžiaga gali sukelti sterilumą ir visiškai panaikinti derlių. Tikslus augimo-etapų stebėjimas yra privalomas.
Aplinkos kintamieji ir įsisavinimas
Kadangi dauguma lapų PGR yra absorbuojami per vaškinę lapo paviršiaus odelę arba per atviras stomatas, vietos oro sąlygos tepimo metu turi lemiamą vaidmenį efektyvumui. Didelė drėgmė ir vėsios, apsiniaukusios sąlygos yra idealios, nes sulėtina purškalo lašelio ant lapų paviršiaus džiūvimo laiką. Kuo ilgiau cheminė medžiaga išlieka skysta ant lapo, tuo geriau ji gali prasiskverbti į augalo audinį.
Ir atvirkščiai, jei tepama per paros karštį, kai drėgmė yra maža, vandens lašelis beveik akimirksniu išgaruoja, todėl aktyvus reguliatorius lieka įstrigęs lapo paviršiuje, kur jis negali būti absorbuojamas ir greitai suardomas ultravioletinių saulės spindulių. Vandens kokybė purškimo bako viduje yra vienodai svarbi; Ekstremalūs pH lygiai gali destabilizuoti jautrias hormonų molekules ir padaryti jas visiškai inertiškas prieš išeinant iš purškimo antgalio.
Atitiktis, priežiūra ir maisto sauga
Pasaulinėms reguliavimo institucijoms griežtinant žemės ūkio likučių kontrolę, sintetinių reguliavimo priemonių naudojimui taikomos griežtos teisinės sistemos. Kadangi šie junginiai daro įtaką ląstelių procesams, pagrindinis veiklos uždavinys yra užtikrinti, kad cheminių likučių kiekis nukristų gerokai žemiau saugių teisinių ribų prieš nuimant derlių. Augintojai turi atidžiai laikytis tam tikrų išankstinių{2}}derliaus intervalų (PHI) ir išsamiai registruoti naudojimo normas.
Be to, pramonė mato didelį perėjimą prie biostimuliatorių ir natūraliai gautų organinių PGR. Šie ekstrahuojami junginiai suteikia labai nuspėjamą reguliavimo naudą ir puikiai atitinka vartotojų poreikius -be likučių, tvariai pagamintų maisto ir žemės ūkio prekių.
Išvada
Šiuolaikinis žemės ūkio kraštovaizdis reikalauja, kad augintojai nuolat optimizuotų gamybos efektyvumą, o nepastovūs aplinkos pokyčiai. Šiame sudėtingame kontekste augalų augimo reguliuotojai perėjo nuo specializuotų sodininkystės naujovių prie pagrindinių valdymo įrankių didelėse-masto agronominėse sistemose.
Norint sėkmingai panaudoti šiuos duomenis, reikia išsamiai suprasti augalų fiziologiją. Įvaldydami skirtingus augimo stimuliatorių, tokių kaip auksinai ir giberelinai, ląstelių dalijimosi variklių, tokių kaip citokininai, nokinimo katalizatorių, tokių kaip etilenas, ir struktūrinio valdymo priemonių, tokių kaip sintetiniai augimo stabdikliai, vaidmenis, augintojai įgyja tikslią pasėlių vystymosi kontrolę.
Žemės ūkio mokslui toliau tobulėjant, tikslinių PGR programų integravimas į platesnes pasėlių apsaugos ir maistinių medžiagų valdymo strategijas išliks gyvybiškai svarbus. Naudojami atsakingai ir moksliškai tiksliai, šie junginiai atskleidžia tikrąjį augalo genetinį potencialą-gerina derliaus kokybę, užtikrina derlių ir užtikrina atsparų, tvarų pasaulinį maisto tiekimą ateičiai.
