Brassinosteroidy, látky s perspektivou

Zatímco v 19. století byl růst plodin hodnocen z pohledu výživy, minulé století již řadilo k intenzifikačním prvkům i biologicky aktivní látky, schopné řídit růst rostlin, morforegulátory. Kromě přírodních fytohormonů, auxinů, giberelinů, cytokininů, abscisinů a etylénu byly užívány syntetické: kyselina a-naftyloctová, 2,4,-dichlorfenoxyoctová, deriváty močoviny, kinetin a jiné. Nevýhodou byla možná zatížení rezidui a vysoké dávky, nutné k vyvolání žádoucích účinků.

Proto se začaly zkoumat semipreparáty – látky běžně přítomné v rostlinách a poté připravené v laboratoři. Snaha zajistit soběstačnost v produkci komodit humánní výživy vyvěrá v pokus připravit biologicky aktivní přípravky, účinné v nízkých dávkách a na přírodní bázi. Světový summit FAO potvrdil, že 840 milionů lidí na Zemi hladoví, a přes 215 milionů dětí trpí hlady. Příčinou je stoupající zalidnění při paralelním úbytku orné půdy. K zvýšení produkce nutno užít intenzifikátory, průmyslová hnojiva, pesticidy a morforegulátory. Ty se mohou dostat do vody, snížit její kvalitu a ztížit úpravu na pitnou vodu, což vyvolává obavy z kontaminace potravin cizorodými látkami. Každý zásah, zmírňující uvedené problémy, je proto vítaný.
Koncem 70. a 80. let minulého století se začaly využívat rostlinné výluhy (Agrostemin z koukolu) a foliární výživa obohacená aromatickými cytokininy na přírodní bázi, například cytokininy, jejichž výskyt v přírodě byl potvrzen v listech topolu či stračky ostrožky. Spolu s živinami zvýšily cytokininy počty plodů, zlepšily jakost a skladovatelnost, podpořily růst, zvyšovaly obsah chlorofylu a počty zrn v klasu. V suchých ročnících však zrno po ošetření bylo drobné, což negativně ovlivňovalo jakost obilnin. Prodloužení vegetace a doby zrání po ošetření ztěžovalo
sklizeň a nebylo žádoucí v osevních sledech. Výrobní náklady cytokininů byly vysoké. Pozitivní byl ale jejich přírodní charakter. Nezatížily prostředí a rychle se metabolizovaly. Výsledky pokusů s cytokininy na ČZU v Praze potvrdily že jsou přínosné pro svůj vliv na výnosotvorný proces řady plodin, zejména poté, kdy v ontogenezi přírodní endogenní hladina cytokininů v rostlinách klesá.

Steroidní rostlinné hormony

S nástupem 3. tisíciletí skýtají možnost řízení tvorby výnosu steroidní fytohormony – brassinolidy, nové steroidní rostlinné hormony, chemickou strukturou podobné živočišným steroidům. Jsou pojmenované podle vědeckého názvu řepky (Brassica napus L.), z jejíhož pylu byly izolovány Growem v roce 1979, a pak zjištěny v čaji, borovici, fazoli, kaštanu a řadě dalších rostlin. Jsou přítomny i ve včelím medu. Prodlužují buňky, stimulují dělení, morfogenezi, zvyšují počty odnoží, větví, klasů, šešulí, lusků atd. Výnos ředkviček se zvýšily o 15 %, fazole a pepře o 35 %, pšenice 15 %, brambor o 10 %, rajčat o 40 %. Brassinosteroidy synteticky připravené v laboratořích podporují zdravotní stav.
Fungují výborně na chudých půdách, po méně vhodných předplodinách a v marginálních oblastech. Účinná je i dávka 4 . 10–12 g. Přírodní brassinolid se získá z velkého množství pylu (40 kg skýtá 1 gram látky). Takový produkt je pro praxi drahý přes aplikační dávky 1 mol. 10–9 až 10–12 g. Syntéza je obtížná. Proto řada pracovišť od Japonska po USA hledá nové cesty, jak syntetizovat aktivní látky odvozené od přírodních. Syntetické mají název brassinosteroidy. Mohly by řešit některé z globálních problémů: zvýšení produkce a snížení nákladů v rostlinné výrobě. V poslední době se zkoumají brassinosteroidy ve vztahu ke stresu chladem, suchem, podvýživou, spady, přísuškem, ozonem atd.
Na ČZU byl potvrzen pozitivní vliv na překonání stresu v zelenině, lesních školkách, obilninách, řepce, cukrovce, sóji, máku slunečnici a dalších plodinách. Přehled účinků brassinosteroidů na tvorbu výnosu a fyziologické projevy shrnuje tabulka 1.
U nás na výzkumu syntéz brassinosteroidů participují Laboratoř růstových regulátorů v Olomouci a Ústav organické chemie a biochemie AV ČR.
Polní ověřovací pokusy probíhaly na ČZU v Praze. Bylo připraveno na 70 brassinosteroidů. Jejich screening a patentová řízení s nejlepšími z nich probíhají. Některé jsou sice 10x méně účinné než přírodní, ale zato až 100x levnější a mohou být proto ekonomicky přínosné. Výsledky pokusů na ČZU potvrdily různou délku doby účinnosti i rychlosti působení, což má význam při zvládání kalamit. Dlouhodobá výnosová řada, ukazující vzrůst výnosů v % kontroly u pšenic, svědčí o perspektivitě brassinosteroidů v praxi (graf 1).
Tabulka 2 shrnuje vliv brassinosteroidů na pšenici. Jimi řízená morfogeneze harmonizovala autoregulační procesy kompenzace počtu a hmotnosti zrna na klas všech obilných druhů i v latě ovsa.
Obě skupiny harmonizátorů růstu připravené na bázi přirozených metabolitů rostlin cytokininy i brassinosteroidy odlišuje způsob, jak mění energetiku fotosyntézy na molekulární úrovni (graf 2).
Cytokinin ihned po aplikaci zrychluje růst. Stimuluje tvorbu cukrů a jejich pohyb do sinku. Snižuje potřebu energie na zahájení fotosyntézy. Záhy metabolizován ale ztrácí účinnost. Zvyšuje energetickou náročnost plastochinonu a snižuje dostupnost energie pro reakční centra chlorofylu.
Brassinosteroid pomalu zvyšuje potřebu iniciační energie k zahájení fotosyntézy. Reguluje spotřebu energie při transportu membránami. Podporuje tvorbu energetických zásob v makroergických vazbách adenosintrifosfátu – ATP. Ty jsou nutné pro redox přenosy cestou plastochinonu a pro vazbu energie reakčními centry vnitřních struktur molekuly chlorofylu. Rezervy ATP jsou navíc pohotově mobilizovatelné při nástupu adaptační reakce jako růstové odpovědi na nenadálý stres, který limituje růst v sezóně.

Další látky s regulačním efektem

Kromě syntetických regulátorů využívaných v minulém století (Alar, Terpal, Etephon, Retacel a další), z nichž mnohé byly pro vedlejší účinky či negativní dopad na životní prostředí restringovány, ale i mimo cytokininy a brassinosteroidy, ověřované v pokusech na ČZU, se v mnoha zemích zkoumají další látky, vykazující regulační efekt.
K perspektivním látkám s příznivými biogenními vlivy je to nyní v pokusech ČZU betain-glycin. Betain je alkalická organická látka. Vyskytuje se v kořeni cukrovky. Poprvé byla získána z melasy. Reguluje vodní provoz rostlin a pomáhá omezit stres ze sucha.
K betainu bývá komplexně vázán radikál, obvykle glycin. Takový komplex je aktivnější. Na rozdíl od fytohormonů bývají tyto sekundární přírodní metabolity v rostlinách přítomny ve vyšších koncentracích. Jejich výskyt nemusí být častý ani univerzální.
K biologicky aktivním sekundárním metabolitům počítáme například oxidační produkty disacharidů a jejich přírodní aminoderiváty (kyselina levulová a aminolevulová). Jako zcela přírodní bývají velmi rychle metabolizovány, a proto případnou aplikaci takových látek je nutno v sezóně několikrát opakovat.
Dalším příkladem jsou kyselina maleinová a kyselina jasmonová z esenciálních olejů jasmínu. Poslední jmenované urychlují stárnutí a brzdí růst. Napomáhají zakládání hlíz bramboru, podobně jako s nimi příbuzná kyselina tuberonová.
Také jednoduché organické polyaminy vznikající v z aminokyselin argininu a ornitinu při přeměně látkové v rostlinách mají stimulační efekt – urychlují buněčné dělení. Mimo vliv na tvorbu nukleových kyselin byla u nich zjištěna i aktivita při zakládání generativních orgánů a při podpoře kvetení.
Rovněž některé složitější cukry, oligosacharidy a vícesytné alkoholy (inositol) a glukozaminy podporují růst, regulují vodní provoz rostlin a stimulují pohyb metabolitů a živin vodivými pletivy rostlin. Navíc posilují také odolnost vůči patogenům. Tou disponují i fenolderiváty kyseliny skořicové, antokyany, flavonoidy a kyselina salicylová. Jejich využití v zemědělství je v současnosti předmětem aplikovaných výzkumů v celém světě.

 

Klíčové informace

– Ukazuje se, že brassinosteroidy mohou zlepšit dietetické vlastnosti potravin. Optimalizují například minerální složení mouky, obsah vápníku, hořčíku draslíku mědi a zinku. 
– Snižují příjem těžkých kovů rostlinami a tím i výskyt nebezpečných kontaminantů v cereálních či masných produktech potravinářství. 
– Pokusy na ČZU potvrdily příznivý vliv na růst, omezení redukce odnoží, nárůst pokryvnosti listoví, vyšší obsah chlorofylu. Příznivě působily u obilnin, řepky, cukrovky, sóji, máku a dalších plodin
.

 

RNDr. Dana Kohoutová- -Hradecká, CSc. Česká zemědělská univerzita v Praze
Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů
Katedra rostlinné výroby

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *