(PhD) értekezés

107 Pages·2002·3.38 MB·Hungarian

Doktori (PhD) értekezés
Tantos Ágnes
2002

Doktori (PhD) értekezés
T
ERMÉSZETES NÖVEKEDÉSSZABÁLYOZÓ ANYAGOK
HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA
A NÖVÉNYI SZÖVETTENYÉSZTÉSBEN
Írta: Tantos Ágnes
Témavezetõ: Dr Horváth Gábor †
A Biológiai Tudományok Doktora
Dr. Lukács Noémi
ABiológiai Tudományok Kandidátusa
Szent István Egyetem, Kertészettudományi Kar
Molekuláris Növénybiológia Tanszék
Budapest 2002
A doktori iskola
megnevezése: Multidiszciplináris Agrártudományi Doktori Iskola
tudományága: A Kertészeti termesztés növényélettani-, talajtani-, agrokémiai és mûszaki alapjai
vezetõje: Dr. Papp János
Tanszékvezetõ Egyetemi Tanár
Szent István Egyetem
Kertészettudományi Kar, Gyümölcstermõ Növények Tanszék
Témavezetõ: Dr Horváth Gábor †
Tanszékvezetõ Egyetemi Tanár
Szent István Egyetem
Kertészettudományi Kar, Molekuláris Növénybiológia Tanszék
Dr Lukács Noémi
Tanszékvezetõ Egyetemi Docens
Szent István Egyetem
Kertészettudományi Kar, Molekuláris Növénybiológia Tanszék
Házivédésen elõadott, javított példány
Az iskolavezetõ jóváhagyása A témavezetõ jóváhagyása
Tartalomjegyzék
Rövidítések jegyzéke 4
Bevezetés 5
Irodalmi áttekintés 7
Triakontanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Algák . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Poliaminok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Anyagok és módszerek 24
Táptalajok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
Triakontanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Algakészítmények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Putreszcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
A nevelés körülményei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
A vizsgált tulajdonságok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Fotoszintetikus pigment tartalom mérés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
A fotoszintetikus aktivitás vizsgálata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Endogén poliamin tartalom meghatározás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Az adatok statisztikai értékelése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
A kísérletekhez felhasznált növények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
Eredmények 34
A triakontanol hatása a növények mikroszaporításában . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
A triakontanol hatása a növények endogén poliamin szintjére . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
Az algakészítmények hatása a növények mikroszaporításában . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
A putreszcin hatása a fás szárú növények gyökeresedésére . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
Új tudományos eredmények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Következtetések és javaslatok 80
A triakontanol élettani hatásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
Az algakészítmények hatása a növények fejlõdésére . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83
A putreszcin hatása a fás szárú növények gyökeresedésére . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
Gyakorlati alkalmazhatóság . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
Összefoglalás 88
Summary 90
Mellékletek 92
Köszönetnyilvánítás 105
Rövidítések jegyzéke
2iP 2-izopentenil-adenin
9La 9-béta-L (+)-adenozin
ABS Abszcizinsav
ACC 1-aminociklopropán-1-karboxilsav
ADC Arginin dekarboxiláz
BAP 6-Benzil-amino-purin
DAO Diamin oxidáz
GS Gibberellinsav
IES Indol-3-ecetsav
IVS B-Indol-vajsav
KIN Kinetin (6-furfuril-amino-purin)
MS Murashige-Skoog
NES Naftil-ecetsav
ODC Ornitin dekarboxiláz
PAO Poliamin oxidáz
Put Putreszcin
SAM S-adenozil-metionin
SAMDC S-adenozilmetionin dekarboxiáz
Spd Spermidin
Spm Spermin
TRIA Triakontanol
Bevezetés
A XX. század második felére a mikroszaporítás világgazdasági jelentõségre tett szert a
növénytermesztésben. Számos olyan fajról, fajtáról tudunk, melyek szaporítóanyag-
elõállítását szinte kizárólag ezzel a módszerrel oldják meg. A különféle szövettenyésztési
módszereknek kiemelkedõ jelentõségük van a gyógynövény hatóanyag-elõállításban és az
intenzíven kutatott, nagy lehetõségeket magában rejtõ génsebészeti módszerekben is.
Az azonban, hogy egy adott faj, vagy fajta alkalmas-e folyamatos, nagy mennyiségû
mikroszaporított anyag elõállítására, nagymértékben függ az adott faj, illetve fajta genetikai
hátterétõl, és nem egy, elsõsorban fás szárú növény esetében még nem megoldott a megbízható
mikroszaporítás. Nem egy olyan növénnyel találkozhatunk, mely nem, vagy csak nagyon kis
hatásfokkal szaporítható az általánosan elterjedt hormonok segítségével.
Maga a szövettenyésztés kiváló lehetõséget nyújt nem csak a gyors és biztonságos
növényszaporításra, hanem a növények különbözõ életfolyamatainak tanulmányozására is. A
kutatások elõrehaladtával bõvül azoknak az anyagoknak a köre is, melyeknek növényi
növekedést befolyásoló képességet tulajdonítanak. Számos közleményben foglalkoznak ilyen
anyagok, például a lepidimoid (HASEGAWA et al., 1992; YAMADA et al., 1996), a szalicilsav
(SHETTY et al., 1992), a jázmonsav (KOVAC és RAVNIKAR, 1998) vagy a brasszinoszteroidok
(BISHOP és YOKUTA, 2001) hatásával.
Ebben a munkában elsõsorban a nehezen szaporítható fásszárú növények
mikroszaporításának megkönnyítésével foglalkoztunk, és olyan anyagokat kerestünk,
melyekrõl feltételezhetõ volt, hogy alkalmazhatóak lesznek ezen a téren.
Három különbözõ jellegû anyagot vontunk be a vizsgálatokba. (i) A triakontanol egy
hosszú, nyílt szénláncú alkohol, amely a növények epikutikuláris viaszanyagaiban fordul elõ.
Biológiai aktivitását a XX. század közepe felé fedezték fel és azóta több közleményben
foglalkoztak növényi növekedést befolyásoló hatásaival. (ii) A cianobaktériumokról és a
mikroalgákról régóta tudják, hogy a növényi növekedésre kedvezõ hatással vannak és az
utóbbi néhány év során kiderült, hogy számos fajuk növényi hormonokhoz hasonló anyagokat
termel. Közülük néhányat már a kereskedelemben is forgalmaznak. Ebben a munkában két,
különbözõ algafaj kivonatát tartalmazó, kereskedelemben is kapható készítmény hatásait
vizsgáltuk. (iii) A putreszcin az egész élõvilágban elterjedt, nagyon sokféle folyamatban
szerepet játszó, elsõsorban szignálmolekulaként számon tartott anyag.
Közismert, hogy a különbözõ növényfajok egymástól igen eltérõen reagálhatnak bizonyos
kezelésekre, például a növekedésszabályozó anyagok adagolására. Ezek a különbségek akár
fajon belül, fajták között is nagy mértékûek lehetnek. Azért, hogy az eredmények minél
szélesebb körben legyenek alkalmazhatók, és a gyakorlatba minél egyszerûbben lehessen
átültetni õket, a kertészeti növények lehetõ legszélesebb skáláját vontuk be a vizsgálatokba.
Így végeztünk kísérleteket citromfû, alma, meggy, spárga, burgonya, szegfû és gerbera
növényeken, a mikroszaporítás minden szakaszában, a felszaporítástól az akklimatizálásig.
5
BEVEZETÉS
A fent felsoroltakat figyelembe véve, a szövettenyésztés ideális módszernek tûnt arra, hogy
ezeknek az anyagoknak az élettani hatásait alaposabban megismerhessük, valamint, hogy a
kereskedelmi mikroszaporítás számára alternatív növekedésszabályozó anyagokat
ajánlhassunk.
A munka megkezdésekor a következõ célokat tûztük ki:
Megvizsgálni a fent említett növekedésszabályozó anyagok (triakontanol, mikroalgák és
putreszcin) használhatóságát a növényi szövettenyésztés során
Kiválasztani a pozitív hatást mutató anyagokat, s megállapítani ezek optimális
koncentráció-tartományát
Megvizsgálni a hatékony növekedésszabályozók által a növények fotoszintetikus aktivitá-
sára és endogén poliamin szintjére gyakorolt hatását, mert az irodalmi adatok alapján
várható volt, hogy a kiválasztott anyagok jelentõsen befolyásolják ezeket a paramétereket
Megvizsgálni két-két, egymástól eltérõ szaporodási és gyökeresedési jellegzetességeket
mutató alma és cseresznye alanyfajta reakcióját a kiegészítésként alkalmazott
növekedésszabályozókra
Összehasonlítani a két-két alanyfajta endogén poliamin tartalmát és nyomon követni a
poliaminszint változását a gyökeresedés folyamatában
6
Irodalmi áttekintés
Triakontanol
Elõfordulása és kémiai jellemzõi
A triakontanolt elõször 1933-ban írták le, mint a lucerna egyik természetes alkotóelemét
(CHIBNALLet al., 1933), s 1977-ben igazolták növényi növekedést serkentõ hatását (RIESet al.,
1977). Azóta számos más növényben is megtalálták. Ilyenek például az áfonya (Vaccinium
ashei) (FREEMANet al., 1979), fehér here (Trifolium repens) (WALDRONet al., 1961), a tyúkhúr
(Stellaria media) (ARCHANA-PANDE et al., 1995), a Cuscuta chinensis, (Szykula et al., 1994),
különbözõ Rhododendron fajok (WANG-YUEFANG et al., 1999), melyeknél a növény
epikutikuláris viaszanyagai között található meg, a Jatropha mollissima, melynek a
gyökerébõl mutatták ki (SANTOS és MUKHERJEE, 1992), a Schorea robusta, melynek magja
tartalmaz triakontanolt (BHATTACHARYA és SAHA, 1992).
A triakontanol (TRIA) összegképlete: CH (CH ) CH OH, molekulasúlya 438,8,
3 2 28 2
olvadáspontja pedig 88 °C. Vízben és egyéb poláros oldószerekben gyakorlatilag oldhatatlan,
ám az apoláros oldószerekben, például a kloroformban, jól oldódik. Hõstabil, ezért tisztán és
oldatban is autoklávozható, ami alkalmassá teszi steril kultúrákban való egyszerû
felhasználásra (RIES, 1985).
Hatása a növények növekedésére
A triakontanol hatását mind laboratóriumi, mind termesztési körülmények között számos
növénynél vizsgálták. Egy krizantémmal folytatott üvegházi kísérletben (SKOGEN et al., 1982)
azt tapasztalták, hogy a 100 µg/l koncentrációban a növények tápoldatához adagolt
triakontanol hatására megemelkedett a növények szárazanyag tartalma és a virágzatok száma.
Mindezeken túl a triakontanol erõteljesen befolyásolta a virágzatok minõségét is: a kezelt
növényeknél megduplázódott az osztályon felüli minõségû virágzatok száma. A triakontanol
ezt azáltal érte el, hogy hatására a növények erõteljesebbek lettek, és nagyobb számú
virágzatot hoztak, mint a kontroll növények, anélkül, hogy veszítettek volna magasságukból
vagy szárazanyag tartalmukból. A szerzõk azt is megfigyelték, hogy a rügyfakadás és a
virágzás egy héttel korábban következett be a triakontanollal kezelt növényeknél, mint a
kontroll esetében. A virágok tartósságában nem volt különbség. A szerzõk azzal magyarázták
a magasabb számú virágzat megjelenését, hogy a triakontanol csökkenthette az apikális
7
IRODALMI ÁTTEKINTÉS
dominanciát, és korábbi irodalmi adatokra hivatkozva (HENRYés GORDON, 1980) valószínûnek
tartották, hogy a triakontanol az auxin lebomlását serkentette valamilyen módon.
Lehetségesnek tartották továbbá , hogy a triakontanol hatására megváltozik az arány a
fotorespiráció és a fotoszintézis között a fotoszintézis javára, így lehetõvé téve a nagyobb
növekedési erélyt (ERIKSEN et al., 1981). Mindazonáltal a triakontanol szerteágazó hatásaira a
nyert eredmények nem adtak kielégítõ magyarázatot.
Négy napos vízkultúrában nevelt saláta levelére permetezve 10-7 M triakontanol 13-20 %-
kal emelte a levelek, és 13-24 %-kal a gyökerek friss és száraz tömegét a kontroll (csak vízzel
permetezett) növényekéhez képest. A triakontanol kezelés ismétlése nem befolyásolta az
elérhetõ növekedés mértékét (KNIGHT és MITCHELL, 1987).
A paradicsom növekedését és terméshozamát is pozitívan befolyásolta a triakontanol
(SHARMA, 1995). Levélpermetezés formájában alkalmazott kezelés hatására megnõtt a
növények magassága, megemelkedett a hajtások és a termések száma, valamint a magtermés
nagysága is. A triakontanol kedvezõ hatással volt ezeken túl az ezermagtömegre és a magok
csírázóképességére is. A kísérleti körülmények között az átültetés utáni negyedik héten
alkalmazott triakontanol kezelés bizonyult a leghatékonyabbnak.
Egy 1993-ban közölt kísérletben BARTOLINI et al. különbözõ növekedésszabályozó
anyagokkal permeteztek olíva fákat a virágzás kezdetekor és teljes virágzásban. A vizsgált
anyagok között egy állati eredetû aminosav-származék, bórsav, egy NES-B-vitamin keverék
és triakontanol szerepelt. A vizsgált anyagok közül a triakontanol emelte meg legnagyobb
mértékben a pollen csírázóképességét, és csak a triakontanollal kezelt fákon termett
gyümölcsök esetében nõtt meg a hús/mag arány. Ezek a termések szignifikánsan nagyobbak is
voltak, mint akár a kontroll, akár a többi növekedésszabályozóval kezelt fákon termett bogyók.
Õszibarack esetében is megfigyelték a triakontanol kedvezõ hatását a gyümölcsök
méretére (MEHTA et al., 1990). A ’Newcastle’ fajta állományában, két alkalommal (teljes
virágzáskor és a csonthéj szilárdulásakor) végzett, 20 mg/l triakontanol koncentrációjú
permetezéssel lehetett elérni a legnagyobb gyümölcsméretet, és ezzel párhuzamosan
emelkedett a gyümölcsök tömege, cukortartalma és csökkent a savasságuk is.
Különbözõ paprikafajtákon végzett laboratóriumi vizsgálatok tanúsága szerint a 0,5-3 mg/l
koncentrációjú triakontanol oldattal permetezett növények növekedése és vízfelvétele
kedvezõbben alakult mint a kontroll növényeké (RAY, 1991). Ebben a kísérletben a 0,5 mg/l
triakontanol bizonyult a leghatékonyabbnak. Szabadföldi mérések során, ahol már csak a 0,5-
1 mg/l triakontanol koncentrációkat alkalmazták, a triakontanollal kezelt növényeknek
megemelkedett a szárazanyag tartalma, és a levélfelülete, valamint a relatív növekedési rátája
is. Mindent egybevetve a triakontanollal permetezett növények jobb termést adtak, mint a
kezeletlen kontroll.
A triakontanol képes befolyásolni egyes gyógynövények hatóanyag tartalmát is. Az
Artemisia annua cv. Washington növények artemizin tartalma szignifikánsan megemelkedett
1 és 1,5 mg/l triakontanol kezelés hatására (SHUKLA et al., 1992). A triakontanol kezelés után
8