ฮอร์โมนพืชเป็นสารเคมีภายในพืชซึ่งเกี่ยวข้องกับการเจริญของพืชไม่เพียงแต่การเจริญของพืชทั้งต้นเท่านั้น หากแต่ยังเกี่ยวข้องกับการเจริญของพืชแต่ละส่วนด้วย     ในปัจจุบันทราบกันดีแล้วว่าฮอร์โมนพืชมีทั้งชนิดที่กระตุ้นการเจริญเติบโต และระงับการเจริญเติบโต            ฮอร์โมนพืชที่พบในปัจจุบันคือออกซิน (Auxin)      จิบเบอเรลลิน (Gibberellins)      ไซโตไคนิน(Cytokinins) กรดแอบซิสิค (Abscisic Acid) หรือ ABA และ  เอทธิลีน (Ethylene) ซึ่งมีสภาพเป็นก๊าซ

ฮอร์โมนพืชสามารถเคลื่อนย้ายภายในต้นพืชได้และมีผลกระทบต่อการเจริญเติบโต  การเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพและการพัฒนาของเนื้อเยื่อ และอวัยวะของพืชซึ่งได้รับฮอร์โมนนั้น ๆ คำว่า ฮอร์โมน นั้นเริ่มใช้โดยนักสรีรวิทยาของสัตว์ ซึ่งต่อมานักสรีรวิทยาของพืชได้นำมาใช้กับสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งสามารถมีผลกระทบในปริมาณที่น้อยมาก     โดยพืชจะสังเคราะห์ที่ส่วนหนึ่งแล้วเคลื่อนย้ายไปยังอีกส่วนหนึ่ง และมีผลต่อกระบวนการทางสรีรวิทยาที่ค่อนข้างเฉพาะเจาะจง ดังนั้นในการศึกษาทางด้านฮอร์โมนจึงมักศึกษาในแง่ของแหล่งและกระบวนการสังเคราะห์ การเคลื่อนที่และเคลื่อนย้าย และปฏิกิริยาของฮอร์โมนที่มีต่อพืช

                        สารควบคุมการเจริญเติบโต (Plant Growth Regulator) เป็นสารเคมีที่สำคัญในการเกษตร  เป็นสารอินทรีย์ซึ่งมนุษย์สังเคราะห์ขึ้นมาได้  ซึ่งบางชนิดมีคุณสมบัติเหมือนฮอร์โมนพืช มนุษย์รู้จักการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตมานานแล้ว      เช่น  กระตุ้นให้มะม่วงหรือสับปะรดออกดอกโดยการจุดไฟข้างสวน   เพื่อให้เกิดควันซึ่งมีเอทธิลีนปนอยู่    สามารถกระตุ้นให้เกิดการออกดอกได้  ถึงแม้ว่าในขณะนั้นจะยังไม่ทราบสาเหตุที่แท้จริงก็ตาม

การแสดงออกถึงลักษณะต่าง ๆ ของพืชจะเกิดจากพันธุกรรมและสภาพแวดล้อม ซึ่งรวมกับฮอร์โมนด้วย เช่น การปลูกผักกาดขาวปลีบางพันธุ์ในฤดูร้อน ผักกาดขาวปลีจะไม่เข้าหัว ฮอร์โมนบางชนิดสามารถกระตุ้นให้ผักกาดขาวปลีเข้าหัวได้        ซึ่งในกรณีนี้ฮอร์โมนจะทดแทนสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมได้

ในประเทศไทยการใช้ฮอร์โมนพืชมีวัตถุประสงค์ในทางการเกษตรเพื่อให้มีผลผลิต เพื่อเพิ่มผลผลิตและคุณภาพ และเพื่อความสะดวกในการจัดการฟาร์ม

 

 

ออกซิน (Auxin)

ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับออกซินนั้นเกิดขึ้นจากงานของ Charles Darwin ซึ่งศึกษาเรื่อง Phototropism ซึ่งพืชจะโค้งงอเข้าหาแสง   Darwin ทดลองกับต้นกล้าของ Phalaris canariensis     และพบว่าโคลีออพไทล์ของพืชชนิดนี้จะตอบสนองต่อการได้รับแสงเพียงด้านเดียวทำให้เกิดการโค้งเข้าหาแสง   Darwin สรุปว่าเมื่อต้นกล้าได้รับแสงจะทำให้มี   “อิทธิพล” (Influence)  บางอย่างส่งผ่านจากส่วนยอดมายังส่วนล่างของโคลีออพไทล์   ทำให้เกิดการโค้งงอเข้าหาแสง   ซึ่งนักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อมาได้ศึกษาถึง “อิทธิพล”ดังกล่าว

ต่อมา Boysen-Jensen  และ Paal     ได้ศึกษาและแสดงให้เห็นว่า “อิทธิพล”       ดังกล่าวนี้มีสภาพเป็นสารเคมี  ซึ่งในสภาพที่โคลีออพไทล์ได้รับแสงเท่ากันทั้งสองด้าน   สารเคมีนี้จะเคลื่อนที่ลงสู่ส่วนล่างของโคลีออพไทล์  ในอัตราเท่ากันทุกด้านและทำหน้าที่เป็นสารกระตุ้นการเจริญเติบโต

ในปี  ค.ศ. 1926 Went        ได้ทำงานทดลองและสามารถแยกสารชนิดนี้ออกจากโคลีออพไทล์ได้    โดยตัดส่วนยอดของโคลีออพไทล์ของข้าวโอ๊ตแล้ววางลงบนวุ้นจะทำให้สารเคมีที่กระตุ้นการเจริญเติบโตไหลลงสู่วุ้น   เมื่อนำวุ้นไปวางลงที่ด้านหนึ่งของโคลีออพไทล์ที่ไม่มียอดด้านใดด้านหนึ่งจะทำให้โคลีออพไทล์ดังกล่าวโค้งได้ เขาสรุปว่าสารเคมีได้ซึมลงสู่วุ้นแล้วซึมจากวุ้นลงสู่ส่วนของโคลีออพไทล์   วิธีการดังกล่าวนอกจากเป็นวิธีการแรกที่แยกสารเคมีชนิดนี้ได้แล้ว ยังเป็นวิธีการวัดปริมาณของฮอร์โมนได้ด้วย เป็นวิธีที่เรียกว่า Bioassay

สารเคมีดังกล่าวได้รับการตั้งชื่อว่า ออกซิน  ซึ่งในปัจจุบันพบในพืชชั้นสูงทั่วๆ ไป และมีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืช      สังเคราะห์ได้จากส่วนเนื้อเยื่อเจริญของลำต้น ปลายราก ใบอ่อน ดอกและผล และพบมากที่บริเวณเนื้อเยื่อเจริญ โคลีออพไทด์และคัพภะ รวมทั้งใบที่กำลังเจริญด้วย

 

การสังเคราะห์ออกซิน

ในปี   ค.ศ.  1934   ได้พบว่า   ออกซินมีลักษณะทางเคมีเป็นสาร Indole-3-acetic acid หรือ เรียกย่อๆ ว่า IAA ซึ่งในปัจจุบันเชื่อว่าเป็นออกซินส่วนใหญ่ที่พบในพืชและในสภาพธรรมชาติ อยู่ในรูป Indole ทั้งสิ้น โดยที่ IAA เป็นสารที่สำคัญที่สุด นอกจากนั้นยังพบในรูปของ Indole-3-acetaldehyde หรือ IAAld  Indole-3-Pyruvic acid หรือ IPyA และ Indole-3-acetonitrile หรือ        IAN ซึ่งสารทั้ง 3 ชนิดนี้สามารถเปลี่ยนเป็น IAA ได้ พืชสังเคราะห์ออกซินที่ใบอ่อน จุดกำเนิดของใบและเมล็ดซึ่งกำลังเจริญเติบโต

การสังเคราะห์ออกซินนั้น  มีกรดอะมิโน L-Tryptophan  เป็นสารเริ่มต้น (Precursor)   L-Tryptophan เป็นกรดอะมิโนที่มีโครงสร้างของ Indole อยู่ การสังเคราะห์ออกซิน ซึ่งในการสังเคราะห์ IAA นั้น จะมี IAAld และ IPyA  เป็นสารที่พบในระหว่างการสังเคราะห์ ในพืชบางชนิด  เช่น  ข้าวโอ๊ต  ยาสูบ    มะเขือเทศ  ทานตะวัน  และข้าวบาร์เลย์  พบว่า Tryptophan  สามารถเปลี่ยนเป็น Tryptamine   ได้     ในพืชตระกูลกะหล่ำ     Tryptamine   อาจจะเปลี่ยนไปเป็น Indoleacetaldoxime แล้วเปลี่ยนไปเป็น IAN แล้วจึงเปลี่ยนเป็น IAA

การศึกษาเรื่องการสังเคราะห์ออกซินมักศึกษาจากเนื้อเยื่อปลายรากหรือปลายยอด และพบว่า IAA นี้สังเคราะห์ได้ทั้งในส่วนไซโตซอล (Cytosol) ไมโตคอนเดรีย  และคลอโรพลาสต์ ในการศึกษาในปัจจุบันพบว่า Phenylacetic acid หรือ PAA มีคุณสมบัติของออกซินด้วย และสามารถสังเคราะห์ได้จาก   L-Phenylalanine    โดยพบในคลอโรพลาสต์ และไมโตคอนเดรียของทานตะวัน

สารสังเคราะห์ที่มีคุณสมบัติของออกซินมีหลายชนิดที่สำคัญทางการเกษตร เช่น สาร  2,4-dichlorophenoxyacetic acid หรือ  2,4-D  ซึ่งใช้ในการกำจัดวัชพืช IBA หรือ Indole butyric acid ใช้ในการเร่งให้ส่วนที่จะนำไปปักชำเกิดรากเร็วขึ้น และ NAA หรือ Napthalene acetic acid จะช่วยในการติดผลของผลไม้บางชนิด เช่น แอปเปิล

 

ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของโมเลกุลและการมีคุณสมบัติของออกซิน

เนื่องจากมีสารที่เกิดในธรรมชาติและสารสังเคราะห์จำนวนมากมีคุณสมบัติของออกซิน  จึงจำเป็นต้องรู้โครงสร้างของโมเลกุลที่จะก่อให้เกิดคุณสมบัติของออกซินได้ ซึ่งมีการศึกษากันมาก   ในขั้นต้น เข้าใจว่าสารที่จะมีคุณสมบัติของออกซินต้องประกอบด้วยวงแหวนที่ไม่อิ่มตัว มี side chain เป็นกรด ซึ่งต่อมาพบว่าไม่ใช่สาเหตุที่แท้จริง  เพราะมีสารหลายชนิดที่ไม่มีลักษณะ     ดังกล่าว แต่มีคุณสมบัติของออกซิน       จากการศึกษาของ Thimann ในปี ค.ศ. 1963 ได้สรุปว่า โครงสร้างของโมเลกุลที่สำคัญของสารที่จะมีคุณสมบัติของออกซินคือ  ต้องประกอบด้วยประจุลบ (Strong Negative Charge)  ซึ่งเกิดจากการแตกตัวของกลุ่มคาร์บอกซิล     และประจุลบจะต้องอยู่ห่างจากประจุบวก     (Weaker Positive Charge)          บนวงแหวนด้วยระยะทางประมาณ5.5 Angstrom สมมุติฐานของ Thimann   นับว่าใช้อธิบายโครงสร้างโมเลกุลของสารที่มีคุณสมบัติของออกซินได้ครบ

 

การสลายตัวของ IAA

ปริมาณของ  IAA  ในพืชนั้นไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับอัตราการสังเคราะห์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับอัตราการสลายตัว ซึ่งการสลายตัวของ IAA นั้น สามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธี

1. Photo-oxidation    IAA  ที่อยู่ในสภาพสารละลายจะสลายตัวได้เมื่อได้รับแสง การเกิด Photo-oxidation ของ IAA   จะถูกเร่งโดยการปรากฏของรงควัตถุตามธรรมชาติ หรือที่สังเคราะห์ได้ จึงอาจจะเป็นไปได้ว่าการที่รงควัตถุของพืชดูดซับพลังงานจากแสงแล้วทำให้เกิดการออกซิไดซ์ IAA ซึ่งรงควัตถุที่เกี่ยวข้อง คือ    ไรโบฟลาวินและไวโอลาแซนธิน  (Riboflavin และ Violaxanthin)  สารที่เกิดขึ้นเมื่อ IAA     สลายตัวโดยแสงคือ     3-methylene-2-oxindole   และ Indoleacetaldehyde
2. การออกซิไดซ์โดยเอนไซม์ (Enzymic Oxidation of  IAA)       พืชหลายชนิดมีเอนไซม์เรียกว่า IAA-oxidase     ซึ่งจะคะตะไลท์   สลาย  IAA  ได้คาร์บอนไดออกไซด์ และเป็นปฏิกิริยาที่ใช้ออกซิเจน IAA-oxidase                    มีคุณสมบัติคล้ายเอนไซม์ประเภทเพอร์ออกซิเดส (Peroxidase)  และเป็นเอนไซม์ที่ต้องการแมงกานีสเป็นโค-แฟคเตอร์ กระบวนการออกซิไดซ์ โดย IAA-oxidaseยังไม่เป็นที่เข้าใจกันมากนัก          จากการทดลอง In vitro  พบว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้ คือ 3-methylene-2-oxindole  และถูกเมตาโบไลซ์ต่อไป  เป็น 3-methyl-2-oxindole  มีการทดลองหลายครั้งที่ยืนยันว่า  IAA-oxidaseจะเพิ่มขึ้นเมื่ออายุของพืชเพิ่มมากขึ้น    นอกจากนั้นยังมีความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างอัตราการเจริญเติบโตและปริมาณของ IAA-oxidaseในเนื้อเยื่อของรากจะมี IAA ในปริมาณต่ำ แต่มี IAA-oxidaseเป็นจำนวนมาก
3. รวมกับสารชนิดอื่นในไซโตพลาสต์
4. เปลี่ยนเป็นอนุพันธ์ชนิดอื่น

 

การวัดปริมาณออกซิน

1. Bioassay    คือ การวัดปริมาณออกซินโดยใช้ชิ้นส่วนของพืช  เช่น  โคลีออพไทล์ของข้าวโอ๊ตหรือพืชใบเลี้ยงเดี่ยวอื่นๆ  แล้ววัดความโค้งของยอดโดยการวางออกซินที่ต้องการวัดปริมาณลงบนส่วนของโคลีออพไทล์ซึ่งตัดยอดออกแล้ว   มุมที่โค้งจะบอกปริมาณของออกซินได้โดยเปรียบเทียบจากเส้นมาตรฐาน (Standard Curve)
2. การวัดจากคุณสมบัติทางฟิสิกส์ คือการวัดปริมาณของออกซินโดยใช้การดูดกลืนแสงของ  IAAซึ่งเมื่อมีความเข้มข้นต่างกันจะดูดกลืนแสงได้ต่างกัน     โดยใช้ความยาวคลื่นแสงที่ 280 nm      หรือสกัดจนเป็นสารบริสุทธิ์แล้วจึงใช้เครื่อง  Gas Chromatograph ร่วมกับ Mass Spectrometry ในการจำแนกและหาปริมาณ
3. การวัดโดยวิธีเคมี โดยให้ออกซินทำปฏิกิริยากับ   Salkowski’s Reagent (acidified ferric chloride) หรือใช้ Ehrllch’sReagent  ซึ่งจะเกิดสีขึ้นมา จากนั้นวัดความเข้มของสีแล้วเปรียบเทียบกับเส้นมาตรฐาน

 

การเคลื่อนที่ของออกซินในต้นพืช

จากส่วนของพืชที่มีการสังเคราะห์       ฮอร์โมนจะเคลื่อนย้ายไปสู่ส่วนอื่นๆ  และมีผลกระทบต่อเนื้อเยื่อที่ได้รับฮอร์โมน การเคลื่อนที่จะถูกควบคุมอย่างดี การเคลื่อนที่ของออกซินจะเป็นแบบโพลาไรซ์ (Polarized) คือ เคลื่อนที่ไปตามยาวของลำต้นโดยไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งมากกว่าทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งการเคลื่อนที่แบบโพลาร์ (Polar)  นี้จะเกี่ยวข้องกับการเจริญและการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพของพืชทั้งต้น

การเคลื่อนที่ของออกซินในส่วนที่อยู่เหนือดิน  จะเป็นแบบโพลาร์   เบสิพีตัล (Polar  Basipetal) คือ จะเคลื่อนที่จากแหล่งผลิตที่ยอดไปสู่โคนต้น  ซึ่งการทดลองที่แสดงว่ามีการเคลื่อนที่แบบนี้สามารถทำได้โดยใช้ก้อนวุ้นที่เป็นแหล่งให้ออกซินและรับออกซิน (Donor-Receiver  Agar Block) คือ ใช้ก้อนวุ้นที่มีออกซินอยู่วางบนท่อนของเนื้อเยื่อ        ส่วนก้อนวุ้นอีกก้อนซึ่งทำหน้าที่รับออกซินอยู่อีกปลายหนึ่งของท่อนเนื้อเยื่อ      ออกซินจะเคลื่อนที่จากก้อนวุ้นที่มีออกซินผ่านเนื้อเยื่อลงไปสู่ก้อนวุ้นที่ไม่มีออกซิน    ซึ่งจากวิธีการนี้สามารถคำนวณความเร็วของการเคลื่อนที่ของออกซินในเนื้อเยื่อได้ เพราะทราบความยาวของท่อนเนื้อเยื่อ ความเร็วในการเคลื่อนที่แสดงเป็นระยะทางต่อหน่วยเวลา  ซึ่งความเร็วในการเคลื่อนที่ของออกซินจะประมาณ 0.5-1.5 เซนติเมตรต่อชั่วโมง

การเคลื่อนที่ของออกซินจะเกิดแบบเบสิพีตัลก็เมื่อท่อนเนื้อเยื่อวางอยู่ในลักษณะปกติของลักษณะทางสัณฐานวิทยาเท่านั้น คือ  ก้อนวุ้นที่เป็นก้อนที่รับออกซินจะต้องอยู่ทางด้านโคนของท่อนเนื้อเยื่อ    ถ้าหากกลับท่อนเนื้อเยื่อเอาด้านโคนกลับขึ้นเป็นด้านยอด       การเคลื่อนที่แบบเบสิพีตัลจะลดลงทันที

อัตราการเคลื่อนที่ของสารสังเคราะห์ที่มีคุณสมบัติของออกซิน จะช้ากว่าการ     เคลื่อนที่ของ  IAA แต่ลักษณะการเคลื่อนที่ของสารสังเคราะห์ เช่น 2,4-D   IBA  และ NAA ก็เกิดในลักษณะโพลาร์เช่นเดียวกับสาร IAA

การเคลื่อนที่ของออกซินในส่วนที่อยู่เหนือดินของพืช เกิดแบบอะโครพีตัล (Acropetal)  ได้บ้างแต่น้อยมาก  การเคลื่อนที่แบบโพลาร์จะลดลงเมื่ออายุของพืชเพิ่มมากขึ้น  ในปัจจุบันยังไม่ทราบแน่ชัดว่าออกซินเคลื่อนที่ผ่านไปในส่วนใดของเนื้อเยื่ออาจจะเป็นแบบจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งเพราะการเคลื่อนที่ช้ากว่าการเคลื่อนที่ของสารในท่ออาหาร (Phloem) ซึ่งประมาณ 10-100 เซนติเมตรต่อชั่วโมง และการเคลื่อนที่ของสารในท่ออาหารจะเป็นแบบอะโครพีตัล    มากกว่า      ดังนั้นออกซินจึงไม่ได้เคลื่อนที่ในท่ออาหาร  แต่การเคลื่อนที่ในรากอาจจะเป็นแบบตาม  Phloem   และเป็นที่เด่นชัดว่าออกซินไม่ได้เคลื่อนที่ในท่อน้ำของพืชเพราะการไหลของน้ำจะเป็นไปในทิศทางที่ขึ้นสู่ยอด  และนอกจากนั้นท่อน้ำยังเป็นเนื้อเยื่อที่ตายแล้วไม่มีพลังงานที่จะทำให้ออกซินเคลื่อนที่แบบโพลาร์ได้  ในกรณีของโคลีออพไทล์ของพืชนั้นชี้ให้เห็นว่าออกซินเคลื่อนที่ผ่านเซลล์ทุกเซลล์ลงมา      แต่ในกรณีของลำต้นนั้นยังไม่มีหลักฐานชี้ให้เห็นเด่นชัดนัก      แต่อาจจะเป็นไปได้ว่าโปรแคมเบียม (Procambium) และแคมเบียม (Cambium) โดยเฉพาะส่วนที่จะกลายเป็นท่ออาหารอาจจะเป็นทางเคลื่อนที่ของออกซิน

การเคลื่อนที่ของออกซินในรากก็มีลักษณะเป็นโพลาร์  แต่เป็นแบบ อะโครพีตัล ซึ่งกลับกันกับกรณีของลำต้น ความเร็วของออกซินที่เคลื่อนที่ไปในรากพืชประมาณ 1 เซนติเมตรต่อ   ชั่วโมง โดยคาดว่าเกิดในส่วนของแคมเบียมและท่ออาหารที่เกิดใหม่

 

การเคลื่อนที่ของออกซินเป็นกระบวนการที่ต้องใช้พลังงานโดยมีหลักฐานที่สนับสนุนดังนี้

1. การเคลื่อนที่เร็วกว่าการซึม 10 เท่า
2. เคลื่อนที่ได้ดีในสภาพที่มีออกซิเจนเท่านั้น และการเคลื่อนที่หยุดได้โดยสารบางชนิด (Inhibitor)
3. เคลื่อนที่จากบริเวณที่มีปริมาณมากไปสู่บริเวณที่มีปริมาณน้อย (Gradient)
4. เกิด Saturation Effect ได้

 

กลไกการทำงานของออกซิน

โดยทั่วไปฮอร์โมนจะสามารถก่อให้เกิดผลต่อการเจริญเติบโตได้ในปริมาณที่ต่ำมาก จึงสรุปกันว่าการทำงานของฮอร์โมนต้องเกี่ยวข้องกับการขยายสัญญาณของฮอร์โมน (Large Amplification) แล้วฮอร์โมนสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลจำนวนมากขึ้นได้  โดยทั่วไปฮอร์โมนจะมีผลต่อการเจริญเติบโตโดยผ่านมาทางการควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนหรือกรดนิวคลีอิคควบคุม “pace-setter”  ของเอนไซม์และควบคุมการยอมให้สารเข้าออกจากเซลล์ของเยื่อหุ้มเซลล์

กลไกในการทำงานของออกซินในระยะที่ผ่านมาจะมีแนวความคิดเป็นสองอย่าง คือ แนวคิดที่เกี่ยวข้องกับผนังเซลล์เป็นส่วนที่รับผลกระทบของออกซินและขยายตัว ส่วนอีกแนวคิดหนึ่งมุ่งไปที่ผลของออกซินต่อเมตาบอลิสม์ของกรดนิวคลีอิค ในปัจจุบันได้นำสองแนวคิดมาวิเคราะห์ ร่วมกันเพื่อศึกษากลไกในการทำงานของออกซิน และยังศึกษาผลของออกซินต่อเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย

การขยายตัวของเซลล์จะสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงปริมาณและกิจกรรมของเอนไซม์ โดยที่ออกซินจะมีบทบาทต่อ กระบวนการเมตาบอลิสม์ของกรดนิวคลีอิค โดยการศึกษาจากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อที่เป็นไส้ของต้นยาสูบ (Tobacco Pith)  ซึ่งจะเจริญไปเป็นกลุ่มเนื้อเยื่อ (Callus) นั้นพบว่ามีปริมาณของ RNA เพิ่มมากขึ้น  ทั้งนี้เพราะออกซินจะกระตุ้นให้มีการสังเคราะห์ RNA มากขึ้น  แล้วส่งผลไปถึงการเจริญของกลุ่มเนื้อเยื่อ ถ้าหากใช้สารระงับการสังเคราะห์โปรตีนหรือ RNA ความสามารถในการกระตุ้นการเจริญเติบโตของออกซินจะหายไป

การทดลองอีกเรื่องที่ชี้ให้เห็นว่าออกซินกระตุ้นให้มีการสร้าง RNA คือ การใช้นิวเคลียส  หรือโครมาตินเลี้ยงไว้ในสารที่เป็นสารเริ่มต้นของ RNA เช่น ATP  CTP GTP และ UTP ซึ่งสารเริ่มต้นเหล่านี้จะมีสารกัมมันตรังสีปรากฏอยู่ด้วย  RNA ที่เกิดขึ้นมาใหม่จะมีสารกัมมันตรังสีด้วย    ซึ่งการที่จะเกิด RNA ใหม่ขึ้นได้นี้เซลล์จะต้องได้รับออกซินก่อนที่นิวเคลียสหรือโครมาตินจะถูกแยกออกจากเซลล์เท่านั้น   ซึ่งแสดงให้เห็นว่าออกซินไปกระตุ้นการสังเคราะห์  RNA

ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าออกซินมีผลต่อระดับเอนไซม์     โดยผ่านทางการสังเคราะห์ RNA นอกจากนั้นออกซินยังมีผลกระทบต่อกิจกรรมของเอนไซม์โดยตรง เช่น การกระตุ้นให้เอนไซม์เกิดกิจกรรมหรือเปลี่ยนรูปมาอยู่ในรูปที่มีกิจกรรมได้   แต่ไม่ว่าออกซินจะมีผลกระทบต่อเอนไซม์แบบใดก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ได้มุ่งความสนใจไปสู่เอนไซม์ที่สัมพันธ์กับกระบวนการขยายตัวของเซลล์      เซลล์พืชจะมีผนังเซลล์อยู่ข้างนอกสุด  ดังนั้นการเจริญของเซลล์จะเกิดขึ้นได้เมื่อคุณสมบัติของผนังเซลล์เปลี่ยนไปในทางที่ก่อให้เกิดการขยายตัวของโปรโตพลาสต์     จากความจริงดังกล่าวการศึกษาทางด้านนี้จึงมุ่งไปสู่ผลกระทบของออกซินต่อคุณสมบัติของผนังเซลล์

เซลล์พืชทุกชนิดที่ผ่านขั้นตอนของเนื้อเยื่อเจริญมาแล้วจะผ่านขั้นตอนการ       เจริญเติบโต 2 ขั้น     คือ      การแบ่งเซลล์และการขยายตัวแวคคิวโอขึ้นภายในเซลล์ (Vacuolation) ในการศึกษาการเจริญเติบโตของโคลีออพไทล์ของข้าวโอ๊ต      พบว่าการแบ่งเซลล์จะหยุดเมื่อมีความยาว  10 มิลลิเมตร  การเจริญเติบโตที่เกิดขึ้นหลังจากนั้นจะเนื่องมาจากการขยายขนาดของเซลล์ ดังนั้นในการศึกษาถึงผลกระทบของออกซินต่อการเจริญเติบโตของพืชจึงเน้นไปที่ผลต่อการขยายตัวของเซลล์ ในระหว่างการขยายขนาดของเซลล์เพราะการขยายตัวของแวคคิวโอ  หรืออาจจะเกิดช่องว่างภายในเซลล์ขึ้น ที่ผนังเซลล์จะเกิดการยืดตัวชนิดที่ไม่สามารถหดได้อีก  มีการทดลองหลายการทดลองสนับสนุนว่าออกซินเพิ่มการยืดตัวของผนังเซลล์ (Plasticity)

ในระหว่างการขยายตัวของเซลล์นั้น ไม่เพียงแต่ผนังเซลล์ยืดตัวเท่านั้น แต่ยังมีการเพิ่มความหนาของผนังเซลล์เพราะมีสารใหม่ ๆ  ไปเกาะด้วย      ซึ่งการเจริญดังกล่าวนี้ก็เป็นผลจากการกระตุ้นของออกซิน ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อการยืดตัวของเซลล์หยุดลงแล้ว

จากบทที่ 1  ได้กล่าวแล้วว่าผนังเซลล์ประกอบด้วยเซลล์ลูโลสไมโครไฟบริลฝังตัวอยู่ในส่วนที่เป็นแมททริกซ์ (Matrix) และโปรตีน    ดังนั้นถ้าพิจารณาดูผนังเซลล์จะมีลักษณะเหมือนคอนกรีตเสริมเหล็กโดยเซลลูโลสจะเป็นส่วนของเหล็ก  โมเลกุลของเซลลูโลสยึดติดกันด้วยแขนไฮโดรเจน  (Hydrogen bond)  ในขณะที่ส่วนของแมททริกซ์เกาะกันด้วยแขนโควาเลนท์ (Covalent bond) และในเนื้อเยื่อใบเลี้ยงของพืชใบเลี้ยงคู่ เซลลูโลสเกาะอยู่กับแมททริกซ์โดยแขนไฮโดรเจน   ดังนั้นการที่ออกซินจะทำให้เซลล์ยืดตัวนั้นต้องทำลายแขนเหล่านี้เสียก่อน   ในปัจจุบันเป็นที่ทราบกันแล้วว่าแม้ว่าการขยายตัวของเซลล์เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนและ RNA รวมทั้งพลังงานจากการหายใจก็ตาม  แต่ถ้าให้ออกซินจากภายนอกต่อลำต้นหรือโคลีออพไทล์อัตราการเจริญเติบโตจะเพิ่มขึ้นหลังจากระยะเวลา “lag” เพียง 2-3 นาทีเท่านั้น ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่การเจริญเติบโตถูกเร่งโดยการเปลี่ยนอัตราของการ Transcription และ Translation แต่ดูเหมือนว่าออกซินจะไปมีผลต่อระบบที่ปรากฏอยู่ในพืชแล้ว  (Pre-formed  System)   ดังนั้นจากเหตุผลข้างต้น    การทำลายการเกาะกันของโครงสร้างของผนังเซลล์จะไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์

ในการทดลองต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้นำเอาโคลีออพไทล์หรือลำต้นที่ไม่ได้รับแสงไปแช่ลงในสภาพที่มี pH ประมาณ 3 ปรากฏว่าโคลีออพไทล์และลำต้นสามารถยืดตัวได้ และเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า “Acid Growth Effect”    ซึ่งให้ผลเหมือนกับการให้ออกซินแก่พืช  การทดลองนี้ได้นำไปสู่การศึกษาที่แสดงว่า ออกซินกระตุ้นการปลดปล่อย H⁺ หรือโปรตอนจากเนื้อเยื่อ  ทำให้ pH ของผนังเซลล์ต่ำลง ซึ่งการปลดปล่อย H⁺  นี้ต้องใช้พลังงานจากการหายใจด้วย สมมุติฐานเกี่ยวกับ “Proton-Pump” นี้  คาดว่าเกิดในเยื่อหุ้มเซลล์

ในการยอมรับปรากฏการณ์ข้างต้นว่าเป็นการทำงานของออกซินในการกระตุ้นอัตราการเจริญเติบโตของพืช       ต้องสามารถอธิบายเหตุผลว่าออกซินกระตุ้นการปลดปล่อย H⁺ ได้อย่างไรหรือทำไมการสังเคราะห์โปรตีนและ RNA จึงจำเป็นต่อการยืดตัวของเซลล์ และการเปลี่ยน pH ทำให้คุณสมบัติของผนังเซลล์เปลี่ยนไปได้อย่างไร

คำตอบว่าออกซินกระตุ้นการปลดปล่อย H⁺ อย่างไรนั้น  ยังไม่ทราบแน่ชัด ยังต้องมีการทดลองอีกมากเพื่ออธิบาย การเจริญของเซลล์ต้องการ RNA และโปรตีนในช่วงที่เซลล์ยืดตัว เพราะในการยืดตัวของเซลล์นั้นผนังเซลล์ไม่ได้บางลงไป  แต่ยังคงหนาเท่าเดิมหรือหนาขึ้น  ดังนั้นจึงต้องมีการสร้างผนังเซลล์เพิ่มขึ้นด้วย  ในการสร้างผนังเซลล์นั้นต้องใช้เอนไซม์และ RNA    pH ต่ำมีผลต่อการเปลี่ยนคุณสมบัติของผนังเซลล์ในแง่ที่ว่า แขนที่เกาะกันของผนังเซลล์นั้นอาจจะถูกทำลายในสภาพที่ pH ต่ำ   หรืออาจจะเป็นpH  ที่เหมาะสมสำหรับเอนไซม์ ที่จะทำให้ผนังเซลล์เปลี่ยนไป

 

การตอบสนองของพืชต่อออกซิน

1. การตอบสนองในระดับเซลล์         ออกซินทำให้เกิดการขยายตัวของเซลล์ (Cell enlargement) เช่น ทำให้เกิดการขยายตัวของใบ ทำให้ผลเจริญเติบโต  เช่น กรณีของสตรอเบอรี่  ถ้าหากกำจัดแหล่งของออกซิน ซึ่งคือส่วนของเมล็ดที่อยู่ภายนอกของผล (ผลแห้งแบบ Achene) จะทำให้เนื้อเยื่อของผลบริเวณที่ไม่มีเมล็ดรอบนอกไม่เจริญเติบโต  ออกซินทำให้เกิดการแบ่งเซลล์ได้ในบางกรณี  เช่น  กระตุ้นการแบ่งเซลล์ของแคมเบียมและกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพ เช่น กระตุ้นให้เกิดท่อน้ำและท่ออาหาร กระตุ้นให้เกิดรากจากการปักชำพืช    เช่น การใช้ IBA ในการเร่งรากของกิ่งชำ แล้วยังกระตุ้นให้เกิดแคลลัส(Callus) ในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ  แต่การตอบสนองในระดับเซลล์ที่เกิดเสมอคือ การขยายตัวของเซลล์
2. การตอบสนองของอวัยวะหรือพืชทั้งต้น

2.1  เกี่ยวข้องกับการตอบสนองของพืชต่อแสง  (Phototropism) Geotropism ดังได้กล่าวมาแล้ว

2.2  การที่ตายอดข่มไม่ให้ตาข้างเจริญเติบโต         (Apical Dominance)

2.3  การติดผล เช่น กรณีของมะเขือเทศ    ออกซินในรูปของ 4 CPA จะเร่งให้เกิดผลแบบ  Pathenocarpic และในเงาะถ้าใช้ NAA 4.5 เปอร์เซ็นต์  จะเร่งการเจริญของเกสรตัวผู้ทำให้สามารถผสมกับเกสรตัวเมียได้     ในดอกที่ได้รับ NAA เกสรตัวเมียจะไม่เจริญเพราะได้รับ NAA ที่มีความเข้มข้นสูงเกินไป แต่เกสรตัวผู้ยังเจริญได้ ทำให้การติดผลเกิดมากขึ้น

2.4 ป้องกันการร่วงของผลโดยออกซินจะยับยั้งไม่ให้เกิด Abcission layer ขึ้นมา     เช่น การใช้ 2,4-D ป้องกันผลส้มไม่ให้ร่วง หรือ NAA สามารถป้องกันการร่วงของผลมะม่วง

2.5  ป้องกันการร่วงของใบ

2.6 ในบางกรณีออกซินสามารถทำให้สัดส่วนของดอกตัวเมีย    และตัวผู้เปลี่ยนไปโดยออกซินจะกระตุ้นให้มีดอกตัวเมียมากขึ้น

 

 

จิบเบอเรลลิน (Gibberellins)

การค้นพบกลุ่มของฮอร์โมนพืชที่ปัจจุบันเรียกว่าจิบเบอเรลลินนั้น เกิดประมาณ     ปี 1920  เมื่อ Kurosawa นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น ศึกษาในต้นข้าวที่เป็นโรค Bakanae หรือโรคข้าวตัวผู้  ซึ่งเกิดจากเชื้อรา Gibberella fujikuroi  หรือ  Fusariummoniliforme  ซึ่งทำให้ต้นข้าวมีลักษณะสูงกว่าต้นข้าวปกติ ทำให้ล้มง่าย  จากการศึกษาพบว่า ถ้าเลี้ยงเชื้อราในอาหารเลี้ยงเชื้อเหลวแล้วกรองเอาเชื้อราออกไปเหลือแต่อาหารเลี้ยงเชื้อ เมื่อนำไปราดต้นข้าวจะทำให้ต้นข้าวเป็นโรคได้ จึงเป็นที่แน่ชัดว่า เชื้อราชนิดนี้สามารถสร้างสารบางชนิดขึ้นในต้นพืชหรือในอาหารเลี้ยงเชื้อ ซึ่งกระตุ้นให้ต้นข้าวเกิดการสูงผิดปกติได้     ในปี 1939 ได้มีผู้ตั้งชื่อสารนี้ว่าจิบเบอเรลลิน การค้นพบจิบเบอเรลลิน เกิดขึ้นในช่วงเดียวกับที่พบออกซิน การศึกษาส่วนใหญ่จึงเน้นไปทางออกซิน  ส่วนการศึกษาจิบเบอเรลลินในช่วงแรกจะเป็นไปในแง่ของโรคพืช     ในการศึกษาขั้นแรกค่อนข้างยากเพราะมักจะมีกรดฟิวซาริค (Fusaric Acid) ปะปนอยู่ซึ่งเป็นสารระงับการเจริญเติบโต ความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างและส่วนประกอบทางเคมีของจิบเบอเรลลินนั้นได้รับการศึกษาในปี 1954       โดยนักเคมีชาวอังกฤษซึ่งสามารถแยกสารบริสุทธิ์จากอาหารเลี้ยงเชื้อรา Gibberella fujikuroi และเรียกสารนี้ว่ากรดจิบเบอเรลลิค (Gibberellic Acid)

การให้กรดจิบเบอเรลลิคกับพืชที่สมบูรณ์ทั้งต้น จะเร่งให้เกิดการยืดตัวเพิ่มขึ้นของลำต้นและใบอย่างผิดปกติ      การตอบสนองจะปรากฏเด่นชัดเมื่อให้กรดนี้กับพืชที่เตี้ยแคระโดยพันธุกรรม เพราะจะกระตุ้นให้พืชเหล่านี้เจริญสูงตามปกติ        กรดจิบเบอเรลลิคที่พบในอาหารเลี้ยงเชื้อรานั้นมีโครงสร้างทางเคมี และกิจกรรมทางชีววิทยาเหมือนกับกรดจิบเบอเรลลิคในพืชปกติทุก ๆ ชนิด (พืชปกติหมายถึงพืชที่ไม่เป็นโรค) มีสารประกอบประเภทนี้จำนวนมากที่แยกเป็นสารบริสุทธิ์ได้จากพืชชั้นสูง ในปัจจุบันมีจิบเบอเรลลินซึ่งเป็นชื่อเรียกทั่ว ๆ  ไปของสารประกอบประเภทนี้ ประมาณไม่น้อยกว่า 80 ชนิด  ชื่อเรียกสารประกอบชนิดนี้จะตั้งชื่อดังนี้   คือ Gibberellins A₁ (GA₁),  A₂,  A₃ เป็นต้น  โดยที่กรดจิบเบอเรลลิค คือ GA₃

GA ทุกชนิดจะมีโครงสร้างพื้นฐานของโมเลกุลเป็น Gibberellane Carbon Skeleton  ซึ่งจะเหมือนกับกรดจิบเบอเรลลิค จะแตกต่างกันตรงจำนวนและตำแหน่งของกลุ่มที่เข้าแทนที่ในวงแหวนและระดับของความอิ่มตัวของวงแหวน A     GA ประกอบด้วยคาร์บอนประมาณ     19-20 อะตอม        ซึ่งจะรวมกันเป็นวงแหวน 4 หรือ 5  วงและจะต้องมีกลุ่มคาร์บอกซิลอย่างน้อย 1 กลุ่ม โดยใช้ชื่อย่อว่า GA      ซึ่ง GA₃  เป็นชนิดที่พบมากและได้รับความสนใจศึกษามากกว่าชนิดอื่นๆ       GA เป็นฮอร์โมนที่พบในพืชชั้นสูงทุกชนิด นอกจากนั้นยังพบในเฟิร์น สาหร่าย และเชื้อราบางชนิด แต่ไม่พบในแบคทีเรีย

 

การสังเคราะห์จิบเบอเรลลิน

จิบเบอเรลลินเป็นฮอร์โมนพืชซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีเป็นไดเทอพีนส์ (diterpenes) ซึ่งเป็นสารประกอบที่เกิดตามธรรมชาติในพืช    ในกลุ่มของเทอพีนอยส์ (Terpenoids) การสังเคราะห์ GA จึงเกิดมาจากวิถีการสังเคราะห์สารเทอพีนอยส์   โดยที่มีบางส่วนยังไม่เข้าใจเด่นชัดนัก

การสังเคราะห์ GA       สารเริ่มต้นเป็นกรดเมวาโลนิค (Mevalonic Acid) เปลี่ยนไปตามวิถีจนเกิดเป็นกรดคอรีโนอิค (Kaurenoic  Acid) แล้วจึงเปลี่ยนไปเป็น GA ซึ่งวิถีในช่วงที่เปลี่ยนไปเป็น GA ชนิดต่าง ๆ  นี้ยังไม่ทราบแน่ชัดนัก      สารชนิดแรกที่มีวงแหวนของ Gibberellane คือ อัลดีไฮด์ของ GA₁₂

ในปัจจุบันมีสารชะงักการเจริญเติบโต เช่น  CCC  หรือ  Cycocel   AM0-1618 Phosfon-D และ SADH หรือ Alar  ซึ่งใช้กันมากในการเกษตร   สารเหล่านี้บางชนิดสามารถระงับ กระบวนการสังเคราะห์จิบเบอเรลลินได้ เช่น AMO-1618 สามารถระงับการสังเคราะห์จิบเบอเรลลินในอาหารสำรอง (Endosperm) ของแตงกวาป่า  โดยระงับในช่วงการเปลี่ยน  Geranylgeranyl pyrophosphate ไปเป็น  Kaurene  ในทำนองเดียวกัน CCC สามารถระงับกระบวนการนี้ได้ด้วย

จากการศึกษาโดยวิธี Diffusion Technique    แสดงให้เห็นว่าใบอ่อน       ผลอ่อนและต้นอ่อนเป็นส่วนที่สร้าง  GA ของพืช รากพืชอาจจะสามารถสร้าง GA  ได้บ้าง   แต่ GA    มีผลต่อการเจริญของรากน้อยมาก   และอาจจะระงับการสร้างรากแขนงพวก Adventitious  Root ด้วย ในปัจจุบันยังไม่มีการสังเคราะห์ GA       เนื่องจากกระบวนการสร้างซับซ้อนและต้องใช้เอนไซม์หลายชนิด GA ที่พบในปัจจุบันจึงเป็นสารธรรมชาติทั้งสิ้น

 

การสลายตัวของจิบเบอเรลลิน

ความรู้ทางด้านนี้ยังมีไม่มากนัก     แต่มีหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่าจิบเบอเรลลินมีกิจกรรมทางสรีรวิทยาอยู่ได้เป็นระยะเวลานานในเนื้อเยื่อพืช  ซึ่งตรงกันข้ามกับออกซินที่สลายตัวเร็วในเนื้อเยื่อพืช  และในเนื้อเยื่อพืชที่มีจิบเบอเรลลินอยู่สูงจะไม่แสดงผลเสีย แต่ถ้าเนื้อเยื่อพืชมีปริมาณออกซินสูงเกินไป ออกซินจะทำลายเนื้อเยื่อพืชได้  ซึ่งอาจจะเกิดมาจากการที่ออกซินกระตุ้นให้เกิดการสังเคราะห์เอทธิลีนในต้นพืช  อาจจะเป็นด้วยสาเหตุนี้ที่พืชต้องมีกระบวนการสลายออกซินเพื่อไม่ให้มีการสะสมออกซินในต้นพืชมากเกินไป     อย่างไรก็ตามจิบเบอเรลลินสามารถเปลี่ยนจากชนิดหนึ่งไปเป็นจิบเบอเรลลินอีกชนิดหนึ่งได้ในเนื้อเยื่อพืช ยิ่งไปกว่านั้นในเนื้อเยื่อพืชยังมีจิบเบอเรลลินในรูปของไกลโคไซด์ (Glycosides)        ซึ่งอาจจะเป็นวิธีการทำให้จิบเบอเรลลินไม่สามารถแสดงคุณสมบัติออกมา    กรดจิบเบอเรลลิค  ซึ่งอยู่ในสภาพสารละลายถูกทำให้สลายตัวได้โดยใช้  Acid  Hydrolysis  ที่อุณหภูมิสูงและได้ผลิตภัณฑ์คือกรดจิบเบอเรลลีนิค   (Gibberellenic   Acid)   และกรดจิบเบอริค (Gibberic Acid)

 

การหาปริมาณจิบเบอเรลลิน

1. ใช้วิธีโครมาโตกราฟ เช่น GC หรือ Gas  Chromatograph  และ Paper Chromatograph
2. ใช้วิธี Bioassay โดยการที่จิบเบอเรลลินสามารถทำให้พืชแคระ (ข้าวโพดและถั่ว) เจริญเป็นต้นปกติได้ หรือโดยการที่จิบเบอเรลลินสามารถป้องกันการเกิดการเสื่อมสลาย (Senescence)   หรือโดยหาปริมาณจิบเบอเรลลินจากการกระตุ้นให้เมล็ดข้าวบาร์เลย์สร้างเอนไซม์ แอลฟา อะมัยเลส( a-amylase) ในอาหารสำรอง

 

           ความสัมพันธ์ของโครงสร้างของโมเลกุลและกิจกรรมของจิบเบอเรลลิน

ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของโมเลกุล และกิจกรรมทางสรีรวิทยาของ          จิบเบอเรลลิน ยังมีการศึกษาน้อยกว่าออกซิน ตามที่กล่าวแล้วว่า ในปัจจุบันมีจิบเบอเรลลินมากกว่า 80 ชนิด       ซึ่งได้จากแหล่งในธรรมชาติ เช่นจาก Gibberellafujikuroi และจากพืชชั้นสูง โครงสร้างของ GA  ต่างชนิดกันจะคล้ายคลึงกันเพราะจะมีโครงสร้างพื้นฐานเหมือนกันมีลักษณะที่แตกต่างกันที่จำนวนของกลุ่มคาร์บอกซิลและความอิ่มตัวของวงแหวน A ในปัจจุบันความรู้เหล่านี้ทำให้ทราบว่าโมเลกุลที่จะมีคุณสมบัติของจิบเบอเรลลินได้นั้นต้องมีโครงสร้างคล้ายคลึงกับจิบเบอเรลลินที่เกิดในธรรมชาติ ในทางตรงกันข้ามสารไดเทอร์พีนอยด์ซึ่งเกิดตามธรรมชาติซึ่งเรียกว่าสะตีวีออล (Steviol) ซึ่งไม่มีโครงสร้างพื้นฐานจิบเบน  (Gibbane)     แต่มีคุณสมบัติในการกระตุ้นการเจริญเติบโตของพืชอย่างอ่อน ๆ  คล้ายคลึงกับจิบเบอเรลลิน      อย่างไรก็ตามอาจจะเป็นเพราะว่าการเปลี่ยนสะตีวีออล   โดยเอนไซม์ของพืชไปสู่รูปที่มีกิจกรรมมากกว่าที่จะมีกิจกรรมของฮอร์โมนด้วยตัวเอง

เป็นที่สังเกตว่า    จิบเบอเรลลินที่พบในปัจจุบันมีประสิทธิภาพในการกระตุ้นการเจริญเติบโตได้ไม่เท่ากัน และความจริงกิจกรรมของจิบเบอเรลลินซึ่งทดสอบกับพืชต่างชนิดกันหรือคนละพันธุ์กัน สามารถใช้แยกชนิดของจิบเบอเรลลินได้

 

การเคลื่อนย้ายของจิบเบอเรลลินในต้นพืช

จิบเบอเรลลินสามารถเคลื่อนย้ายหรือเคลื่อนที่ในพืชได้ทั้งทางเบสิพีตัล  และ       อะโครพีตัล และการเคลื่อนที่ไม่มีโพลาริตี้  การเคลื่อนย้ายเกิดขึ้นทั้งในส่วนของท่ออาหารและท่อน้ำ แต่การเคลื่อนที่ของจิบเบอเรลลินจากยอดอ่อนลงมาสู่ส่วนล่างของลำต้นนั้นไม่ได้เกิดในท่อน้ำ      ท่ออาหารเพราะส่วนของยอดอ่อนเป็นส่วนที่ดึงอาหารและธาตุอาหารให้เคลื่อนที่ขึ้นไปแบบ          อะโครพีตัล ดังนั้นจิบเบอเรลลินจึงไม่ได้เคลื่อนที่ทางท่ออาหาร  และยังไม่ทราบวิถีการเคลื่อนที่แน่ชัด

 

กลไกในการทำงานของจิบเบอเรลลิน

การศึกษาด้านกลไกในการทำงานของจิบเบอเรลลินเกิดจากการที่พบว่ามีระดับของกิจกรรมของเอนไซม์หลายชนิดมีผลกระทบจากปริมาณของจิบเบอเรลลิน เอนไซม์ซึ่งมีกิจกรรมเพิ่มขึ้นเมื่อได้รับจิบเบอเรลลิน คือ เอนไซม์ แอลฟาและเบตา-อะมัยเลส(a และ  b-amylase) โปรตีเอส  (Protease) และไรโบนิวคลีเอส  (Ribonuclease)      ซึ่งพบในเมล็ดข้าวบาร์เลย์ซึ่งกำลังงอก           นอกจากนั้นในพืชบางชนิดยังพบว่ากิจกรรมของไนเตรท  รีดักเตส (Nitrate  Reductase)  และ        ไรบูโลสฟอสเฟสคาร์บอกซิเลส(Ribulose Phosphate Carboxylase) มีกิจกรรมเพิ่มขึ้นด้วย  ใน  ต้นอ้อยนั้น พบว่า ผลของจิบเบอเรลลินจะชะลอการสังเคราะห์อินเวอร์เทส (Invertase) และ          เพอรอกซิเดส (Peroxidase) ความสนใจในกลไกการทำงานของจิบเบอเรลลิน  จึงเน้นไปที่          การศึกษาว่าจิบเบอเรลลินควบคุมกิจกรรมของเอนไซม์ได้เพราะเป็นผลเนื่องมาจากเปลี่ยนแปลงการสังเคราะห์โปรตีนโดย RNA

การศึกษาตัวอย่างของระดับกิจกรรมของเอนไซม์ซึ่งถูกควบคุมโดยจิบเบอเรลลิน ทำกันมากในเอนไซม์ แอลฟา อะมัยเลส ในเมล็ดข้าวบาร์เลย์      ในเมล็ดข้าวบาร์เลย์ที่แห้งที่ยังไม่ดูดซับน้ำจะไม่มีเอนไซม์แอลฟา อะมัยเลสปรากฏอยู่   เอนไซม์นี้จะปรากฏขึ้นและปลดปล่อยออกมาจากชั้นของอะลีโรนของเมล็ด  เป็นการตอบสนองต่อจิบเบอเรลลินซึ่งสังเคราะห์จากต้นอ่อนที่กำลังงอก เนื้อเยื่อชั้นอะลีโรนซึ่งแยกจากเมล็ดที่ไม่งอกจะมีกิจกรรมของแอลฟา อะมัยเลส น้อยมาก แต่ถ้านำเนื้อเยื่อนี้ไปแช่ในจิบเบอเรลลินจะทำให้เกิดการเพิ่มกิจกรรมของแอลฟา อะมัยเลสมากขึ้นโดยเกิดขึ้นหลังจากแช่ไว้นาน 8 ชั่วโมงแล้ว การกระตุ้นให้เกิดการสร้างแอลฟา อะมัยเลสนี้    จะชะงักไปเมื่อใช้สารระงับการสังเคราะห์ RNA และโปรตีน  รวมอยู่ในสารละลายจิบเบอเรลลิน    ซึ่งจากการทดลองดังกล่าวแสดงว่าจิบเบอเรลลินควบคุมกิจกรรมของแอลฟา อะมัยเลส ผ่านทางการสังเคราะห์ RNA สารชะงักการสังเคราะห์ RNA เช่น แอคติโนมัยซิน-ดี (Actinomycin-D) จะชะงักกระบวนการกระตุ้นการสังเคราะห์ RNA 2-3 ชั่วโมง หลังจากเติมจิบเบอเรลลินในขณะที่สารชะงักการสังเคราะห์โปรตีน เช่น ไซโคลเฮคซิไมด์ (Cycloheximide)          จะระงับการปรากฏของกิจกรรมของแอลฟา อะมัยเลส หลังจากช่วง “lag” เริ่มต้น

กลไกในการทำงานขั้นแรกของจิบเบอเรลลินนั้นจะเปลี่ยนระบบเยื่อหุ้มเซลล์แล้วจึงจะไปมีผลในการกระตุ้นการสังเคราะห์ RNA และโปรตีน นั่นคือในการกระตุ้นระยะสั้นจะเกี่ยวข้องกับระบบเยื่อหุ้มเซลล์ ในระยะยาวจะเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ RNA และโปรตีน กลไกที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนระบบของเยื่อหุ้ม คือ เพิ่มการสังเคราะห์เยื่อหุ้มทำให้เกิดเอนโดพลาสมิคเรตติคิวลัม มากขึ้น   และกระตุ้นการสร้างเวสซิเคิลซึ่งมีเอนไซม์อยู่ภายใน      นอกจากนั้นยังกระตุ้นให้มีการปลดปล่อย แอลฟา อะมัยเลส ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ออกมา

 

บทบาทของจิบเบอเรลลินที่มีต่อพืช

1. กระตุ้นการเจริญเติบโตของพืชทั้งต้นจิบเบอเรลลินมีคุณสมบัติพิเศษ  ซึ่งสามารถกระตุ้นการเจริญเติบโตของพืชทั้งต้นได้โดยทำให้เกิดการยืดตัวของเซลล์ ซึ่งผลนี้จะต่างจากออกซินซึ่งสามารถกระตุ้นการเจริญเติบโตของชิ้นส่วนของพืชได้ พืชบางชนิดอาจจะไม่ตอบสนองต่อจิบเบอเรลลิน  อาจจะเป็นเพราะว่าในพืชชนิดนั้นมีปริมาณจิบเบอเรลลินเพียงพอแล้ว  จิบเบอเรลลินสามารถกระตุ้นการยืดยาวของช่อดอกไม้บางชนิดและทำให้ผลไม้มีรูปร่างยาวออกมา เช่น องุ่น และแอปเปิล

กะหล่ำปลีซึ่งเจริญในลักษณะต้นเตี้ยเป็นพุ่ม (Rosette) มีปล้องสั้นมาก เมื่อให้ GA₃ กับต้นกะหล่ำปลีดังกล่าวจะทำให้สูงขึ้นถึง 2 เมตรได้ ถั่วพุ่มที่ได้รับ GA จะกลายเป็นถั่วเลื้อยได้ พืชซึ่งมีต้นเตี้ยทางพันธุกรรม เช่น ข้าว ข้าวโพด ถั่ว แตงกวาและแตงโมสามารถแสดงลักษณะปกติได้เมื่อได้รับ  GA₃   ในข้าวโพดแคระนั้นพบว่าความผิดปกติเกิดจากยีนส์ควบคุม ซึ่งอาจจะเกี่ยวพันกับวิถีในการสังเคราะห์จิบเบอเรลลิน ส่วนข้าวโพดปกติหากได้รับจิบเบอเรลลินจะไม่สามารถสูงขึ้นได้อีก ดังนั้นในกรณีข้าวโพดการแคระเกิดจากมีปริมาณจิบเบอเรลลินในต้นน้อยเกินไป  แต่อาการแคระของพืชบางชนิด เช่น  Japanese Morning Glory พบว่ามีจิบเบอเรลลินมากพอแล้ว แต่เมื่อได้รับ  จิบเบอเรลลินเพิ่มก็จะสูงขึ้นได้ ในกรณีนี้อาจจะเป็นเพราะในต้นมีปริมาณของสารระงับการ      เจริญเติบโตอยู่สูง

2. กระตุ้นการงอกของเมล็ดที่พักตัวและตาที่พักตัว ตาของพืชหลายชนิดที่เจริญอยู่ในเขตอบอุ่นจะพักตัวในฤดูหนาว เมล็ดของพืชหลายชนิดมีพฤติกรรมเช่นนี้ด้วย    ซึ่งการพักตัวจะลดลงจนหมดไป  เมื่อได้รับความเย็นเพียงพอ    การพักตัวของเมล็ดและตา อันเนื่องมาจากต้องการอุณหภูมิต่ำ   วันยาว   และต้องการแสงสีแดงจะหมดไปเมื่อได้รับจิบเบอเรลลิน
3. การแทงช่อดอกการออกดอกของพืชเกี่ยวข้องกับปัจจัยหลายอย่าง  เช่น อายุ และสภาพแวดล้อม  จิบเบอเรลลินสามารถแทนความต้องการวันยาวในพืชบางชนิดได้ และยังสามารถทดแทนความต้องการอุณหภูมิต่ำ (Vernalization)  ในพืชพวกกะหล่ำปลี และแครอท

4.จิบเบอเรลลิน   สามารถกระตุ้นการเคลื่อนที่ของอาหารในเซลล์สะสมอาหาร     หลังจากที่เมล็ดงอกแล้ว  เพราะรากและยอดที่ยังอ่อนตัวเริ่มใช้อาหาร เช่น  ไขมัน  แป้ง และโปรตีน จากเซลล์สะสมอาหาร  จิบเบอเรลลินจะกระตุ้นให้มีการย่อยสลายสารโมเลกุลใหญ่ให้เป็นโมเลกุลเล็ก เช่น ซูโครสและกรดอะมิโน ซึ่งเกี่ยวพันกับการสังเคราะห์เอนไซม์หลายชนิดดังกล่าวข้างต้น

5. กระตุ้นให้เกิดผลแบบ Parthenocarpicในพืชบางชนิด เปลี่ยนรูปร่างของใบพืชบางชนิด เช่น English Ivy และทำให้พืชพัฒนาการเพื่อทนความเย็นได้
6. พืชที่มีดอกตัวผู้ และตัวเมียแยกกันไม่ว่าจะต้นเดียวกัน   หรือแยกต้นก็ตาม จิบเบอเรลลินสามารถเปลี่ยนเพศของดอกได้  จิบเบอเรลลินมักเร่งให้เกิดดอกตัวผู้         ส่วนออกซิน เอทธิลีน และไซโตไคนิน มักจะเร่งให้เกิดดอกตัวเมีย  ในแตงกวาดอกล่าง ๆ มักเป็นดอกตัวผู้ และดอกบนเป็นดอกตัวเมีย การให้สารอีธีฟอนจะเร่งให้เกิดดอกตัวเมียขึ้น

 

 

ไซโตไคนิน (Cytokinins)

การค้นพบฮอร์โมนในกลุ่มนี้เริ่มจากการศึกษาการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ    โดยในปี ค.ศ. 1920  Haberlandt ได้แสดงให้เห็นว่ามีสารชนิดหนึ่งเกิดอยู่ในเนื้อเยื่อพืชและกระตุ้นให้เนื้อเยื่อพาเรนไคมาในหัวมันฝรั่งกลับกลายเป็นเนื้อเยื่อเจริญได้  ซึ่งแสดงว่าสารชนิดนี้สามารถกระตุ้นให้มีการแบ่งเซลล์  ต่อมามีการพบว่าน้ำมะพร้าวและเนื้อเยื่อของหัวแครอทมีคุณสมบัติในการกระตุ้นการแบ่งเซลล์เช่นกัน

นักวิทยาศาสตร์หลายท่าน เช่น Skoog และ Steward   ทำการทดลองในสหรัฐอเมริกา    โดยศึกษาความต้องการสิ่งที่ใช้ในการเจริญเติบโตของกลุ่มก้อนของเซลล์ (Callus) ซึ่งเป็นเซลล์ที่แบ่งตัวอย่างรวดเร็ว  แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพเกิดขึ้นของ pith  จากยาสูบและรากของแครอท  จากผลการทดลองนี้ทำให้รู้จักไซโตไคนินในระยะปี   ค.ศ. 1950    ซึ่งเป็นฮอร์โมนพืชที่จำเป็นต่อการแบ่งเซลล์และการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพของเนื้อเยื่อ            ในปัจจุบันพบว่าไซโตไคนิน  ยังเกี่ยวข้องกับการเสื่อมสภาพ (Senescence) และการควบคุมการเจริญของตาข้างโดยตายอด (Apical Dominance)

จากการศึกษาของ Skoog โดยเลี้ยงเนื้อเยื่อ pith ของยาสูบ พบว่าการที่เนื้อเยื่อจะเจริญต่อไปได้นั้นจะต้องมีอาหารและฮอร์โมน เช่น ออกซิน โดยถ้าให้ออกซินในอาหารจะมีการเจริญของเนื้อเยื่อนั้นน้อยมาก  เซลล์ขนาดใหญ่เกิดขึ้นโดยไม่แบ่งเซลล์    นอกจากนั้นจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพ อย่างไรก็ตามหากเพิ่มพิวรีน เบส (Purine Base) ชนิดอะดีนีน (Adenine) ลงไปในอาหารรวมกับ IAA พบว่า  เนื้อเยื่อจะกลายเป็นกลุ่มเซลล์ (Callus) ถ้าใส่อะดีนีนอย่างเดียวรวมกับอาหาร     เนื้อเยื่อจะไม่สร้างกลุ่มเซลล์ขึ้นมา  ดังนั้นจึงมีปฏิสัมพันธ์ (Interaction) ระหว่าง อะดีนีน และ IAA  ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการแบ่งเซลล์ขึ้น        อะดีนีนเป็นพิวรีนเบส        ซึ่งมีสูตรเป็น   6-อะมิโนพิวรีน (6-aminopurine) และปรากฏอยู่ในสภาพธรรมชาติโดยเป็นส่วนประกอบของกรด นิวคลีอิค

ในปี 1955 Miller              ได้แยกสารอีกชนิดหนึ่งซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายคลึงแต่มีประสิทธิภาพดีกว่าอะดีนีน  ซึ่งได้จากการสลายตัวของ DNA ของสเปิร์มจากปลาแฮร์ริง   สารชนิดนี้ คือ 6-(furfuryl-amino) purine ซึ่งมีสูตรโครงสร้างคล้ายอะดีนีน เนื่องจากสารชนิดนี้สามารถกระตุ้นให้เกิดการแบ่งเซลล์โดยร่วมกับออกซิน จึงได้รับชื่อว่าไคเนติน (Kinetin)

ไคเนติน เป็นสารที่ไม่พบตามธรรมชาติในต้นพืช แต่เป็นสารสังเคราะห์  ต่อมาได้มีการค้นพบไซโตไคนินสังเคราะห์อีกหลายชนิด      สารสังเคราะห์ที่มีกิจกรรมของไซโตไคนินสูงที่สุดคือ เบนซิลอะดีนีน (Benzyladenine หรือ BA) และเตตระไฮโดรไพรานีลเบนซิลอะดีนีน (tetrahydropyranylbenzyladenine หรือ PBA)

 

ไซโตไคนินที่พบในพืช

แม้ว่าไคเนติน BA และ PBA  เป็นสารที่ไม่พบในต้นพืช    แต่สารซึ่งพบในอวัยวะของพืชหลายชนิด เช่น ในน้ำมะพร้าว ในผลอ่อนของข้าวโพด ให้ผลทางสรีรวิทยาและสัณฐานวิทยาที่คล้ายคลึงกับสาร BA และ PBA สารที่เกิดตามธรรมชาติและสารสังเคราะห์หลายชนิด ซึ่งมี       คุณสมบัติเหมือนไคเนตินนั้น เรียกโดยทั่วๆ ไปว่า ไซโตไคนิน ซึ่งเป็นสารที่เมื่อมีผลร่วมกับออกซินแล้วจะเร่งให้เกิดการแบ่งเซลล์ในพืช

มีหลักฐานเด่นชัดชี้ว่าไซโตไคนินที่เกิดในธรรมชาติเป็นสารประกอบพิวรีน         ในปี 1964   Letham    ได้แยกไซโตไคนินชนิดหนึ่งจากเมล็ดข้าวโพดหวาน และพบว่า เป็นสาร          6-(4-hydroxy-3-methyl but-2-enyl) aminopurine  ซึ่ง Letham ได้ตั้งชื่อว่า ซีเอติน (Zeatin)

นับตั้งแต่มีการแยกไซโตไคนินชนิดแรกคือซีเอตินแล้ว    ก็มีการค้นพบไซโตไคนิน อีกหลายชนิดซึ่งทุกชนิดเป็นอนุพันธ์ของอะดีนีน คือ เป็น 6-substituted amino purines ซีเอตินเป็นไซโตไคนินธรรมชาติซึ่งมีประสิทธิภาพสูงที่สุด

 

การสังเคราะห์ไซโตไคนิน

การสังเคราะห์ไซโตไคนินในต้นพืชเกิดโดยการ substitution ของ side chain  บนคาร์บอนอะตอมที่ 6 ของอะดีนีน ซึ่ง side chain  ของไซโตไคนินในสภาพธรรมชาติ ประกอบด้วยคาร์บอน 5 อะตอม   จึงเป็นการชี้ให้เห็นว่าเกิดมาจากวิถีการสังเคราะห์ ไอโซพรีนอยด์  (Isoprenoid) ต่อมาพบว่า กลุ่มของไซโตไคนิน  เกิดขึ้นบน t-RNA ได้ และเมื่อใช้เมวาโลเนต (Mavalonate หรือ MVA)     ที่มีสารกัมมันตรังสี จะสามารถไปรวมกับกลุ่ม   อะดีนีนของ t-RNA เกิดเป็นไดเมทธิลอัลลิล (Dimethylallyl side chain) เกาะด้านข้าง  ในเชื้อรา Rhizopus นั้น Dimethylallyl adenine สามารถเปลี่ยนไปเป็น Zeatin ได้ จึงคาดกันว่า Zeatin อาจจะเกิดจากการออกซิไดซ์ Dimethylallyl adenine

การเกิดกลุ่มของไซโตไคนินใน t-RNA นี้ หมายความว่า ไซโตไคนิน  อาจจะเกิดขึ้นมาจากการสลายตัวของ  t-RNA   ซึ่งความเป็นจริงก็พบเหตุการณ์ดังกล่าวบ้าง  อย่างไรก็ตามยังมีข้อสงสัยอีกมากที่เกี่ยวข้องกับการเกิดไซโตไคนินจาก t-RNA  อาจจะมีวิถีเฉพาะที่ก่อให้เกิดการสังเคราะห์ไซโตไคนิน  ดังแสดงในรูปที่ 12.4  ซึ่งเป็นวิถีที่แยกอย่างเด็ดขาดจากการเกิดไซโตไคนินโดยการสลายตัวของ t-RNA

พบไซโตไคนินมากในผลอ่อนและเมล็ด   ในใบอ่อนและปลายรากซึ่งไซโตไคนิน อาจจะสังเคราะห์ที่บริเวณดังกล่าวหรืออาจจะเคลื่อนย้ายมาจากส่วนอื่น ๆ   ในรากนั้นมีหลักฐานที่ชี้ให้เห็นว่าไซโตไคนินสังเคราะห์ที่บริเวณนี้ได้เพราะเมื่อมีการตัดรากหรือลำต้น พบว่าของเหลวที่ไหลออกมาจากท่อน้ำจะปรากฏไซโตไคนินจากส่วนล่างขึ้นมา   ติดต่อกันถึง 4 วัน  ซึ่งอาจจะเป็นไปได้ว่าไซโตไคนินสังเคราะห์ที่รากแล้วส่งไปยังส่วนอื่น ๆ  โดยทางท่อน้ำ  หลักฐานที่แสดงว่าสังเคราะห์ที่ส่วนอื่นยังไม่พบและการเคลื่อนย้ายของไซโตไคนินจากส่วนอ่อน เช่น ใบ เมล็ด ผล ยังเกิดไม่ดีและไม่มาก

 

 

การสลายตัวของไซโตไคนิน

ไซโตไคนินสามารถถูกทำลายโดยการออกซิเดชั่น ทำให้ side chain หลุดจากกลุ่มอะดีนีน   ติดตามด้วยการทำงานของเอนไซม์  แซนทีนออกซิเดส   (Xanthine Oxidase) ซึ่งสามารถออกซิไดซ์  พิวรีนเกิดเป็นกรดยูริค (Uric Acid) และกลายเป็นยูเรียไปในที่สุด อย่างไรก็ตามในใบพืชไซโตไคนินอาจจะถูกเปลี่ยนไปเป็นกลูโคไซด์     โดยน้ำตาลกลูโคสจะไปเกาะกับตำแหน่งที่  7  ของอะดีนีนเกิดเป็น 7-กลูโคซีลไซโตไคนิน (7-glucosylcyto- kinins)  หน้าที่ของไซโตไคนิน  กลูโคไซด์ ยังไม่ทราบแน่ชัดนัก อาจจะเป็น “detoxification” ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมทางเมตาบอลิสม์หรืออาจจะเป็นรูปที่ไซโตไคนินอาจจะถูกปลดปล่อยออกมาในบางสภาวะได้    จากการศึกษาโดยใช้ Radioactive BA พบว่าสามารถสลายตัวกลายเป็นกรดยูริคแล้วอาจจะรวมกับ RNA ได้

 

การเคลื่อนที่ของไซโตไคนิน

ยังไม่มีหลักฐานว่าเคลื่อนที่อย่างไรแน่        จากการทดลองพบว่าระบบรากเป็นส่วนสำคัญในการส่งไซโตไคนินไปยังใบ และป้องกันการเสื่อมสลายของใบก่อนระยะอันสมควร เป็นหลักฐานที่สำคัญที่ชี้ให้เห็นว่า ไซโตไคนินมีการเคลื่อนที่ขึ้นสู่ยอด    ยิ่งไปกว่านั้นยังพบไซโตไคนินในท่อน้ำ  ซึ่งมาจากระบบรากด้วย  ในทางตรงกันข้ามไซโตไคนินซึ่งพบที่ผลซึ่งกำลังเจริญเติบโตไม่เคลื่อนที่ไปส่วนอื่นเลย    ในทำนองเดียวกันจากการศึกษากับการให้ไซโตไคนินจากภายนอก เช่นให้ไคเนติน พบว่าจะไม่เคลื่อนย้ายเป็นเวลานาน  แม้ว่าสารอื่น ๆ จะเคลื่อนย้ายออกจากจุดนี้ก็ตาม  มีหลักฐานจำนวนมากชี้ให้เห็นว่าไซโตไคนินอาจจะเคลื่อนย้ายในรูปที่รวมกับสารอื่น ๆ เช่น น้ำตาล (Ribosides หรือ glucosides)  ซึ่งไซโตไคนินในรูปที่รวมกับน้ำตาลนั้นพบเสมอในท่อน้ำท่ออาหาร

ในการให้ไฃโตไคนินกับตาข้างเพื่อกำจัด Apical dominance นั้น พบว่าไซโตไคนินจะไม่เคลื่อนที่เลยเป็นระยะเวลานานมาก ในการทดลองกับ BA พบว่า BA สามารถเคลื่อนที่ผ่านก้านใบและมีลักษณะแบบ Polar เหมือนกับออกซิน ในทุกการศึกษาพบว่า       ไซโตไคนินในใบจะไม่เคลื่อนที่รวมทั้งในผลอ่อนด้วย    ส่วนผลของรากในการควบคุมการเจริญเติบโตของส่วนเหนือดินอาจจะอธิบายได้ถึงไซโตไคนินที่เคลื่อนที่ในท่อน้ำ ซึ่งพบเสมอในการทดลองว่าไซโตไคนินสามารถเคลื่อนที่จากส่วนรากไปสู่ยอด          แต่การเคลื่อนที่แบบ Polar ยังไม่เป็นที่ยืนยันการเคลื่อนที่ของไซโตไคนินในพืชยังมีความขัดแย้งกันอยู่บ้าง

 

การหาปริมาณของไซโตไคนิน

1. ใช้ Tobacco callus test   โดยให้ไซโตไคนินกระตุ้นการเจริญของ tobacco pith cell โดยการชั่งน้ำหนักเนื้อเยื่อพืชที่เพิ่มขึ้น แต่เป็นวิธีที่ใช้เวลานาน
2. Leaf senescence test ไซโตไคนินทำให้คลอโรฟิลล์ไม่สลายตัวในแผ่นใบที่ลอยอยู่ในสารละลายไซโตไคนินในที่มืด แล้วหาจำนวนของคลอโรฟิลล์ที่เหลืออยู่      หลังจากลอยไว้ 3-4 วัน วิธีนี้ให้ผลไม่ดีเท่าวิธีแรก

กลไกการทำงานของไซโตไคนิน

ไซโตไคนินมีบทบาทสำคัญคือควบคุมการแบ่งเซลล์   และไซโตไคนินที่เกิดในสภาพธรรมชาตินั้นเป็นอนุพันธ์ของอะดีนีนทั้งสิ้น ดังนั้นงานวิจัยเกี่ยวกับกลไกการทำงานจึงมีแนวโน้มในความสัมพันธ์กับกรดนิวคลีอิค     กลไกการทำงานของไซโตไคนินยังไม่เด่นชัดเหมือนกับออกซิน และจิบเบอเรลลิน แต่ไซโตไคนินมีผลให้เกิดการสังเคราะห์ RNA  และโปรตีนมากขึ้นในเซลล์พืช  ผลการทดลองบางรายงานกล่าวว่า หลังจากให้ไซโตไคนินกับเซลล์พืชแล้วจะเพิ่มปริมาณของ m-RNA,       t-RNA และ r-RNA

การศึกษากลไกการทำงานของไซโตไคนิน ในช่วงทศวรรษ 1960 ได้เน้นไปในแง่ที่ว่าไซโตไคนินอาจจะส่งผลของฮอร์โมนผ่าน t-RNA บางชนิด เนื่องจากมีการค้นพบว่ามีกลุ่มไซโตไคนินปรากฏอยู่ร่วมกับ t-RNA หลายชนิด ทั้ง t-RNA ของซีรีน (Serine) และไธโรซีน (Thyrosine) มี        อะดีนีนเบสซึ่งมี side chain และมีคุณสมบัติเป็นไซโตไคนินซึ่งมีประสิทธิภาพสูง       ยิ่งไปกว่านั้นในกรณี อะดีนีนซึ่งมีคุณสมบัติของไซโตไคนินจะอยู่ถัดจากแอนติโคดอน (Anticodon) ของ t-RNA  จึงเป็นที่เชื่อกันว่าการปรากฏของไซโตไคนินบน t-RNA อาจจะจำเป็นต่อการเกาะกันของโคดอน (Codon) และแอนติโคดอนระหว่าง m-RNA และ t-RNA  บนไรโบโซม   ซึ่งสมมุติฐานที่ว่าไซโตไคนินควบคุมกระบวนการ Translation ผ่านทาง t-RNA จึงได้รับความเชื่อกันมากในขณะนั้น

อย่างไรก็ตามสมมุติฐานนี้ ในเวลาต่อมาได้รับการวิจารณ์อย่างรุนแรง  เช่นในการสังเคราะห์ t-RNA ตามปกตินั้น อาจจะเกิดการเปลี่ยนรูปของเบส หลังจากที่มีโพลีนิวคลีโอไทด์ (Polynucleotide) แล้ว       ซึ่งหมายความว่า side chain  บนตำแหน่งที่ 6 ของอะดีนีนนั้นเกิดขึ้นหลังจากที่อะดีนีนได้อยู่บน t-RNA เรียบร้อยแล้ว ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่ไคเนตินและซีเอตินหรือไซโตไคนินอื่นๆ จะเข้าร่วมกับ t-RNA   ในรูปที่เป็นโมเลกุลที่สมบูรณ์ หลักฐานอีกข้อที่ไม่สนับสนุนสมมุติฐานนี้คือ การพบว่า t-RNA ของเมล็ดข้าวโพดซึ่งมีซีส-ซีเอติน (Cis-Zeatin) ในขณะที่ไซโตไคนินที่เกิดในธรรมชาติในเมล็ดเดียวกันเป็นทรานส์-ซีเอติน (trans-Zeatin)         ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะเชื่อว่าไซโตไคนินเป็นสารเริ่มต้นของการสังเคราะห์ t-RNA แม้ว่างานทดลองจะยังสับสนและขัดแย้งกัน      แต่โดยทั่วไปการรวมของไซโตไคนินเข้าไปใน t-RNA  นั้นเกิดในอัตราที่ต่ำมากจนไม่น่าเชื่อสมมุติฐานดังกล่าว

งานวิจัยได้เปลี่ยนแนวและสนับสนุนว่าไซโตไคนินอาจจะทำงานโดยควบคุม        กิจกรรมของเอนไซม์โดยตรงมากกว่าที่จะเกี่ยวกับการสังเคราะห์เอนไซม์ ไซโตไคนินมีอิทธิพลต่อเอนไซม์หลายชนิด เช่น ไคเนส (Kinases) ที่ใช้ในกระบวนการหายใจ นอกจากนั้นกิจกรรมของเอนไซม์ที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสงก็เพิ่มขึ้น

 

 

ผลของไซโตไคนิน

1. กระตุ้นให้เกิดการแบ่งเซลล์และการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพใน tissue culture   โดยต้องใช้ร่วมกับ Auxin      ในการเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชนั้นหากให้ฮอร์โมน     ไซโตไคนินมากกว่าออกซิน จะทำให้เนื้อเยื่อนั้นเจริญเป็น ตา ใบ และลำต้น แต่ถ้าหากสัดส่วนของออกซินมากขึ้นกว่าไซโตไคนินจะทำให้เนื้อเยื่อนั้นสร้างรากขึ้นมา  การ differentiate  ของตาในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อจาก Callus จากส่วนของลำต้นนั้น auxinจะระงับ และไซโตไคนินนั้นจะกระตุ้นการเกิด และต้องมีความสมดุลระหว่างไซโตไคนินและออกซินชิ้นเนื้อเยื่อจึงจะสร้างตาได้
2. ชะลอกระบวนการเสื่อมสลาย เช่น กรณีของใบที่เจริญเต็มที่แล้วถูกตัดออกจากต้น  คลอโรฟิลล์ RNA  และโปรตีนจะเริ่มสลายตัวเร็วกว่าใบที่ติดอยู่กับต้น   แม้จะมีการให้อาหารกับใบเหล่านี้ก็ตาม   ถ้าหากเก็บใบเหล่านี้ไว้ในที่มืดการเสื่อมสลายยิ่งเกิดเร็วขึ้น  อย่างไรก็ตามหากใบเหล่านี้เกิดรากขึ้นที่โคนใบหรือก้านใบ จะทำให้การเสื่อมสลายเกิดช้าลง  เพราะไซโตไคนินผ่านขึ้นมาจากรากทางท่อน้ำ  อย่างไรก็ตามการให้ไซโตไคนินกับใบพืชเหล่านี้จะชะลอการเสื่อมสลายได้เหมือนกับรากเช่นกัน   นอกจากนั้นไซโตไคนินยังทำให้มีการเคลื่อนย้ายอาหารจากส่วนอื่นมายังส่วนที่ได้รับไซโตไคนินได้ เช่น กรณีของใบอ่อนซึ่งมีไซโตไคนินมากกว่าใบแก่จะสามารถดึงอาหารจากใบแก่ได้

ในกรณีเชื้อราที่ทำให้เกิดโรคราสนิม  ซึ่งทำให้เกิดการตายของเนื้อเยื่อแล้วบริเวณเนื้อเยื่อที่ตายจะเกิดสีเขียวล้อมรอบขึ้นมาซึ่งบริเวณสีเขียวนี้มีแป้งสะสมมากแม้กระทั่งส่วนอื่นๆ  ของใบตายไปแล้ว       ส่วนสีเขียวอาจจะยังคงอยู่ ลักษณะนี้เรียกว่าGreen Island  ซึ่งบริเวณนี้จะมี   ไซโตไคนินสูง   คาดว่าเชื้อราสร้างขึ้นมาเพื่อดึงอาหารมาจากส่วนอื่น

3. ทำให้ตาข้างแตกออกมาหรือกำจัดลักษณะ Apical Dominanceได้ การเพิ่ม     ไซโตไคนินให้กับตาข้างจะทำให้แตกออกมาเป็นใบได้  ทั้งนี้เพราะตาข้างจะดึงอาหารมาจากส่วนอื่นทำให้ตาข้างเจริญได้ เชื้อจุลินทรีย์บางชนิดสามารถสร้างไซโตไคนินกระตุ้นให้พืชเกิดการแตกตาจำนวนมากมีลักษณะผิดปกติ เช่น โรค Fascination   นอกจากนั้นยังเร่งการแตกหน่อของพืช เช่น บอน และโกสน
4. ทำให้ใบเลี้ยงคลี่ขยายตัว  กรณีเมล็ดของพืชใบเลี้ยงคู่งอกในความมืด ใบเลี้ยงจะเหลืองและเล็ก   เมื่อได้รับแสงจึงจะขยายตัวขึ้นมา   ซึ่งเป็นการควบคุมของไฟโตโครม  แต่ถ้าหากให้ไซโตโคนินโดยการตัดใบเลี้ยงมาแช่ในไซโตไคนิน ใบเลี้ยงจะคลี่ขยายได้เช่นกัน  ลักษณะดังกล่าวพบกับ แรดิช  ผักสลัด  และแตงกวา   ออกซินและจิบเบอเรลลินจะไม่ให้ผลดังกล่าว
5. ทำให้เกิดการสร้างคลอโรพลาสต์มากขึ้น ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพอย่างหนึ่ง เช่น เมื่อ Callus ได้รับแสงและไซโตไคนิน      Callus  จะกลายเป็นสีเขียวเพราะพลาสติคเปลี่ยนเป็นคลอโรพลาสต์ได้  โดยการเกิดกรานาจะถูกกระตุ้นโดยไซโตไคนิน
6. ทำให้พืชทั้งต้นเจริญเติบโต
7. กระตุ้นการงอกของเมล็ดพืชบางชนิด

 

 

 

กรดแอบซิสิค (Abscisic Acid) หรือ ABA

ในการศึกษาถึงการร่วงของใบ การพักตัวของตาและเมล็ดในช่วงปี ค.ศ. 1950-1960 นั้น    ชี้ให้เห็นว่าเป็นไปได้ว่ามีสารระงับการเจริญปรากฏอยู่ในต้นพืช โครงสร้างของสารเคมี ดังกล่าวถูกค้นพบในปี 1965   ในผล และใบของฝ้าย               สารเคมีดังกล่าวได้รับการตั้งชื่อว่า กรดแอบซิสิค หรือ ABA และพบว่าเป็นสารจำพวกเซสควิเทอร์พีนอยด์

โมเลกุลของ  ABA ประกอบด้วย asymmetric carbon atom   จึงสามารถแสดงลักษณะของ  optical isomerism ได้  อย่างไรก็ตามในสภาพธรรมชาติ ABA จะเกิดเพียงชนิด (+) enantiomorph เท่านั้น ABA ยังแสดงลักษณะ geometric isomerism ได้ด้วย side chain จะเป็น trans รอบๆ คาร์บอนตำแหน่งที่ 5  เสมอ แต่โมเลกุลสามารถเป็นได้ทั้ง cis- หรือ trans รอบๆ คาร์บอนตำแหน่งที่ 2  ABA ส่วนใหญ่ที่พบในพืชจะเป็น  (+)-2-cis ABA แม้ว่าจะพบ (+)-2-trans ABA  บ้างแต่น้อยมาก ดังนั้นรูป (+)-2-cis ของ ABA จึงมักหมายถึง ABA ทั่ว ๆ ไป

ABA ถูกแยกออกจากพืชหลายชนิดทั้งแองจิโอสเปิร์มส์ จิมโนสเปิร์มส์       เฟินและมอส (Angiosperms, Gymnosperms, Ferns และ Mosses)

 

การสังเคราะห์ ABA

ABA  เป็นสารประกอบที่มีคาร์บอน 15  อะตอมและเป็นเซสควิเทอร์พีนอยด์ ดังนั้นวิถีการสังเคราะห์จึงใช้วิถีของการสังเคราะห์สารเทอร์พีนอยด์   โดยสังเคราะห์จากกรดเมวาโลนิคเปลี่ยนไปจนเป็นฟาร์นีซีล ไพโรฟอสเฟต (Farnesyl Pyrophosphate) อย่างไรก็ตามคาร์โรทีนอยส์ที่มีคาร์บอน 40 อะตอม เช่น ไวโอลาแซนธิน (Violaxanthin) สามารถถูกออกซิไดซ์ โดยใช้แสงเกิดเป็นสารที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับ ABA  และกลายเป็น  ABA ในที่สุด แต่ในกระบวนการดังกล่าวต้องการแสงมาก แต่การเพิ่ม ABA  บางกรณี เช่น ABA ซึ่งเกิดขึ้นในพืชที่ไม่ได้รับแสง (etiolated plant) เมื่อพืชเหล่านี้ขาดน้ำแม้ในสภาพความมืด  ABA จะเพิ่มปริมาณมากขึ้น ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้ว่า ABA  เกิดจากคาร์โรทีนอยส์    ดังนั้นการเกิด ABA จึงเกิดจากวิถีที่สังเคราะห์สารเทอร์พีนอยด์ จากกรดเมวาโลนิค ผ่านฟาร์นีซีล ไพโรฟอสเฟตโดยอาจจะมี ABA  เกิดจากคาร์โรทีนอยด์ได้บ้าง  เล็กน้อยในเนื้อเยื่อบางชนิด

ABA สังเคราะห์ในใบแก่และผลแก่  และจะถูกกระตุ้นให้สังเคราะห์เมื่อขาดน้ำ โดยการสังเคราะห์เกิดในคลอโรพลาสต์   ดังนั้น ใบ   ลำต้น และผลไม้สีเขียวจึงสังเคราะห์ ABA ได้    นอกจากนั้นแหล่งอาหารสำรองและรากของข้าวสาลีก็สามารถสังเคราะห์ ABA ได้  เมื่อเกิดการสังเคราะห์ ABA แล้ว ABA จะเคลื่อนย้ายจากใบไปสู่ส่วนอื่นๆ เช่น ยอดและไประงับการเจริญที่บริเวณนั้น อาจจะกระตุ้นให้เกิดการพักตัวของตาในเมล็ดอาจจะมีการสังเคราะห์ ABA ได้บ้าง หรืออาจจะเป็น ABA ซึ่งส่งจากใบ  แต่ในเมล็ดมักจะมีปริมาณของ ABA อยู่มาก

เพราะว่าระดับ  ABA ภายในต้นพืชมีปริมาณขึ้น ๆ ลง ๆ    ตามอัตราการเจริญ      พลังงานที่ทำงานได้ของน้ำในต้นพืช และฤดูกาล   ดังนั้นแสดงว่าในต้นพืชต้องมีการทำลาย ABA ด้วย แต่กลไกการทำลายยังไม่ทราบแน่ชัดนัก แต่พบว่าถ้าหากให้ ¹⁴C-ABA  แก่พืช  ABA  ดังกล่าวจะเปลี่ยนไปเป็นกลูโคสเอสเตอร์ของ  ABA  อย่างรวดเร็ว  (Glucose Ester) ซึ่งค่อนข้างจะเสถียรในต้นพืชและยังมีกิจกรรมคล้ายคลึงกับ ABA           ส่วนการสลายตัวของ ABA นั้น  เกิดขึ้นโดยเกิดไฮดรอกซีเลชั่นและออกซิเดชั่นของกลุ่มเมทธิลที่เกาะอยู่กับวงแหวน

ลักษณะภายใต้ความเครียดของพืช เช่น ขาดน้ำ ขาดอาหาร น้ำท่วม จะกระตุ้นให้เกิดการสังเคราะห์ ABA เพิ่มขึ้น ดังนั้น ABA อาจจะเพิ่มความต้านทานต่อความเครียดให้พืชได้

 

การหาปริมาณ ABA

1. Bioassay โดยทดสอบการยับยั้งการยืดตัวของโคลีออพไทล์ของพืชใบเลี้ยงเดี่ยว หรือใช้ใบของ Commelina ลอยใน ABA ในบรรยากาศที่ไม่มี CO₂ จะทำให้ปากใบปิด
2. ใช้ Gas chromatograph นับว่าใช้ได้ผลดีกว่าฮอร์โมนชนิดอื่นเพราะมีคุณสมบัติ ในการจับอีเลคตรอนได้ดีและดูดกลืนแสงอุลตราไวโอเล็ตได้

 

ความสัมพันธ์ของโครงสร้างและกิจกรรมของ ABA

ทั้ง ABA ที่เกิดตามธรรมชาติ (+) type dextrorotary  และสังเคราะห์ (-)  เป็น optical  enantiomers  กัน  มีประสิทธิภาพต่อพืชเท่ากันแต่   2-cis geometric isomer เท่านั้นที่มีคุณสมบัติของฮอร์โมน     จากการสกัด ABA ในพืชนั้น พบว่ามี  2-trans isomer อยู่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น  และอาจจะเป็นไปได้ว่าเปลี่ยนแปลงมาจาก 2-cis ในระหว่างกระบวนการสกัด ส่วนลักษณะของโครงสร้างอื่น ๆ  ที่จำเป็นต่อคุณสมบัติของ ABA นั้น ยังไม่ทราบแน่ชัดนัก นอกจากว่าวงแหวนต้องมี double bond

 

การสลายตัวของ ABA

1. เมื่อ ABAเปลี่ยนจากรูปของcisไปเป็น trans isomer  ก็จะหมดคุณสมบัติในการทำให้พืชตอบสนองทางสรีรวิทยา
2. ถูกออกซิไดซ์กลายเป็น Phaseic acid
3. เกิดเป็นรูปที่รวมกับสารอื่น เช่น เกิด Glucose ester
4. เกิดเป็นสารประกอบกลุ่ม Methyl ester  ซึ่งอาจจะยังมีผลต่อการตอบสนองของพืชบ้าง แต่น้อยลง และไม่กระตุ้นให้เกิดการปิดของปากใบ

 

การเคลื่อนที่ของ ABA

การให้ ABA  แก่ใบแก่หรือรากจะก่อให้เกิดการหยุดการเจริญเติบโตกับส่วนอื่น ๆ ของพืชได้ จึงแสดงให้เห็นว่า ABA เคลื่อนที่ได้  และจากการศึกษาพบว่าเคลื่อนที่ได้ในทุกทิศทางโดยไม่มีโพลารีตี้ แต่ในราก ABA อาจจะเคลื่อนที่ในลักษณะเบสิพีตัลและโดยทั่ว ๆ  ไป ABA อาจจะเคลื่อนที่ไปในท่อน้ำและท่ออาหาร พบ ABA มากที่ใบแก่    ผลแก่ และพืชที่ขาดน้ำ

 

กลไกในการทำงานของ ABA

ABA มีกลไกการทำงานคล้ายคลึงกับฮอร์โมนพืชชนิดอื่นๆ  คือจะเปลี่ยนระดับและกิจกรรมของเอนไซม์ในรูปเมตาบอลิสม์ของกรดนิวคลีอิค     ABA สามารถชะงักการปรากฏของแอลฟาอะมัยเลสในเซลล์อะลีโรนของข้าวบาร์เลย์ได้

ในทำนองเดียวกันกลไกของการทำงานของ ABA  คล้ายคลึงกับฮอร์โมนชนิดอื่นๆ คือ เกี่ยวข้องกับการควบคุมเมตาบอลิสม์ของกรดนิวคลีอิค และการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งการควบคุมอาจจะเกิดได้หลายวิธี เช่น ABA กระตุ้นกิจกรรมของเอนไซม์ไรโบนิวคลีเอส (Ribonuclease) หรือ RNase ซึ่งจะทำลาย RNA   ทำให้อัตราการสังเคราะห์โปรตีนลดลง แต่อย่างไรก็ตามมีข้อขัดแย้งว่า ABA สามารถลดการสังเคราะห์ RNA ลงได้ภายใน 3  ชั่วโมง   หลังจากที่พืชได้รับ ABA แต่จริงๆ  แล้วกิจกรรมของ RNase   จะเพิ่มขึ้น หลังจากนั้น 8 ชั่วโมง ซึ่งชี้ให้เห็นว่าผลของ ABA ในชั้นต้นไม่ใช่การสังเคราะห์ RNase แต่ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าคืออะไร

ในทางตรงกันข้ามกับสภาวะที่ ABA ก่อให้เกิดการลดปริมาณ RNA  รวมของเซลล์ มีการพบว่าในเนื้อเยื่ออะลีโรนของข้าวบาร์เลย์นั้นพบว่า การสังเคราะห์แอลฟาอะมัยเลสถูกหยุดชะงัก โดย ABA ไม่มีผลต่อ RNA รวม  หรือการสังเคราะห์โปรตีนรวมเลย ผลของ ABA ที่มีต่อแอลฟา อะมัยเลส อาจจะไม่ผ่านมาทางการสังเคราะห์  m-RNA  ซึ่งแปลรหัสเพื่อสร้างแอลฟาอะมัยเลสด้วย  คาดว่า ABA จะมีผลต่อ regulator  RNA  ที่ใช้ในกระบวนการ Translation ของแอลฟา อะมัยเลส

ถึงแม้ว่าจะทราบกันดีว่า ABA มีผลต่อการสังเคราะห์โปรตีน อย่างไรก็ตามมีผลของ ABA หลายกรณีที่เกิดขึ้นเร็วเกินกว่าที่จะอธิบายโดยกระบวนการนี้  เช่น การปิดของปากใบ ซึ่งเกิดภายในไม่กี่นาทีที่ได้รับ ABA นอกจากนั้นการยืดตัวของโคลีออพไทล์ที่ได้รับออกซิน จะหยุดชะงักภายใน 2-3 นาที เมื่อได้รับ ABA จึงสรุปได้ว่า ABA  มีผลต่อพืชโดยไม่ผ่านเมตาบอลิสม์ของ RNA ได้

 

ความสัมพันธ์ของ ABA กับการขาดน้ำ

ปริมาณของ ABA ในต้นพืชจะมีความสัมพันธ์โดยตรงกับค่า Water potential ของพืช ปริมาณ ABA ในต้น Ambrosia artemisifolia จะเพิ่มขึ้นทันทีเมื่อใบพืชชนิดนี้มี Water potential เป็น -10 บาร์ ส่วนในข้าวโพดจะอยู่ที่ -12 บาร์  ส่วนในถั่วปริมาณABA จะสูงขึ้นเมื่อ Water potential เท่ากับ -7 บาร์

การขาดน้ำทำให้เยื่อหุ้มคลอโรพลาสต์มี Permeability เพิ่มขึ้น  ส่งผลให้เกิดการ  รั่วไหลของ ABA จากคลอโรพลาสต์ซึ่งเป็นบริเวณที่สะสม ABA ของใบปกติ  การลดปริมาณของ ABA ในคลอโรพลาสต์จะกระตุ้นให้มีการสังเคราะห์ ABA เพิ่มขึ้น            เมื่อพืชได้รับน้ำเยื่อหุ้มคลอโรพลาสต์จะไม่ยอมให้  ABA รั่วไหลออกมา                ทำให้เกิดการหยุดสังเคราะห์ ABA ในคลอโรพลาสต์ ซึ่งเป็น Feedback mechanism

ABA กระตุ้นให้เกิดการปิดของปากใบได้เพราะ ABA  จะระงับการผ่านของ K⁺  เข้าสู่ Guard cell และกระตุ้นให้ Matate รั่วไหลออกจาก Guard cell  และนอกจากนั้น ABA ยังระงับการแลกเปลี่ยนประจุ H⁺ และ K⁺ ของ Guard cell  ทำให้ปริมาณของ K⁺ และ Malate ใน Guard cell มีน้อย ทำให้ค่า Water  potential สูงขึ้น น้ำจึงไหลออกจาก Guard cell ทำให้ปากใบปิดได้

 

ผลของ ABA ต่อพืช

1. ลดการคายน้ำโดยกระตุ้นให้ปากใบปิด ซึ่งพืชตอบสนองได้ภายใน 1-15 นาที  หลังจากได้รับ ABA ในพืชที่ขาดน้ำจะมีปริมาณ ABA เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นการลดการคายน้ำของพืช
2. กระตุ้นให้เกิดการพักตัวของตาซึ่งจะเกิดกับพืชเขตอบอุ่น  พบว่าเมื่อให้ABA กับตาที่กำลังเจริญเติบโต  จะทำให้ตาชะงักการเจริญเติบโตและเข้าสู่การพักตัวตามปกติ การให้ GA จะลดผลของ ABA ที่ทำให้ตาพักตัวได้
3. การร่วงของใบและดอก เช่น ในฝ้าย ผลแก่ที่ร่วงเองจะมี ABA สูงมาก
4. เร่งกระบวนการเสื่อมสภาพของใบ

 

เอทธิลีน (Ethylene)

เป็นฮอร์โมนพืชซึ่งควบคุมการเจริญเติบโตในหลายแง่                เช่น     การพัฒนา              การเสื่อมสลาย  ขึ้นอยู่กับเวลาและสถานที่ ซึ่งเกิดเอทธิลีนขึ้นมา  ผลของเอทธิลีนมีทั้งในแง่ที่เป็นประโยชน์หรือเป็นโทษต่อพืช   เอทธิลีนเป็นฮอร์โมนที่มีสภาพเป็นก๊าซซึ่งรู้จักกันมานานแล้ว จากการบ่มผลไม้  ในปี 1934 ได้มีการพิสูจน์ให้เห็นว่าเอทธิลีนเป็นก๊าซที่สังเคราะห์ขึ้นโดยพืช  และสามารถเร่งกระบวนการสุกได้ ต่อมาพบว่าการก่อกองไฟใกล้ ๆ  สวนมะม่วงและสับปะรดจะกระตุ้นให้ออกดอกได้  ซึ่งสารที่ทำให้เกิดการออกดอก คือ  เอทธิลีนนั่นเอง เอทธิลีนเป็นฮอร์โมนพืชที่สำคัญในด้านหลังเก็บเกี่ยวด้วย

ต่อมาพบว่า  ดอก  เมล็ด  ใบ  และรากพืชสามารถสังเคราะห์เอทธิลีนได้ เช่น  ใน  เซเลอรี่ พันธุ์ซึ่งต้นขาวเอง (Self blanching) พบว่า  เซเลอรี่สามารถสร้างเอทธิลีนมากำจัดสีเขียวที่ก้านได้    นอกจากนั้นในปี 1935 ยังพบว่า การให้ออกซินกับพืชอาจจะกระตุ้นให้พืชสร้างเอทธิลีนได้ ซึ่งเป็นคำอธิบายได้ชัดเจนสำหรับกรณีที่เมื่อให้ออกซินกับพืชแล้วพืช      ตอบสนองเหมือนกับได้รับเอทธิลีน   ออกซินกับเอทธิลีนนั้นเมื่อให้กับพืชมักจะให้ผลส่งเสริมกัน ส่วนของพืชที่พบเอทธิลีนมากคือ ใบแก่ ผลไม้สุก  และเนื้อเยื่อที่อยู่ภายใต้สภาพความเครียด (Stress)

 

การสังเคราะห์เอทธิลีน

สารเริ่มต้นที่พืชใช้ในการสังเคราะห์เอทธิลีนคือเมทไธโอนีน (Methionine) ซึ่งเป็นกรดอะมิโนชนิดหนึ่ง พืชชั้นสูงทั้งหมดและเชื้อราบางชนิดสามารถสังเคราะห์เอทธิลีนได้ ในต้นอ่อนนั้นยอดอ่อนเป็นส่วนสำคัญที่สังเคราะห์เอทธิลีน    ทั้งนี้เพราะมีออกซินอยู่ในปริมาณสูงและเพราะออกซินสามารถกระตุ้นให้เนื้อเยื่อสังเคราะห์เอทธิลีนได้ รากสามารถสังเคราะห์เอทธิลีนได้บ้าง แต่ในปริมาณไม่มากนักแต่หากให้ออกซินกับรากจะทำให้รากสังเคราะห์เอทธิลีนได้มากขึ้น ใบแก่และกำลังจะตายจะสร้างเอทธิลีนได้มาก ส่วนดอกก็สร้างเอทธิลีนได้และเอทธิลีนจะมีผลทำให้ดอกไม้บางชนิดไม่บาน  หรือเหี่ยวและกลีบร่วง ผลไม้สุกสามารถสังเคราะห์เอทธิลีนได้มากกว่าผลไม้ที่ไม่สุก                                     การสังเคราะห์เอทธิลีนเกิดโดยที่เมทไธโอนีนจะเปลี่ยนไปเป็น  SAM (S-Adenosylmethionine)   แล้วเปลี่ยนต่อไปเป็น ACC   (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid)  แล้วจึงเปลี่ยนเป็นเอทธิลีน  โดยที่คาร์บอนอะตอมที่ 3 และ 4  ของเมทไธโอนีนจะกลายเป็นคาร์บอนของเอทธิลีน  ในการสังเคราะห์นี้จะให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาด้วย การสังเคราะห์ เอทธิลีนจะหยุดชะงักเมื่อบรรยากาศขาด O₂          นอกจากนั้นยังมีสารระงับการสังเคราะห์เอทธิลีนชนิดอื่นๆ อีก เช่น AVG (Aminoethoxy vinyl glycine)

เอทธิลีนสามารถถูกทำลายให้เป็นเอทธิลีนออกไซด์  (Ethylene  oxide) ใน Vicia faba แต่กลไกในการทำลายนั้นยังไม่ทราบแน่ชัดนัก

 

การหาปริมาณของเอทธิลีน

1. Bioassay   ใช้การตอบสนองของต้นถั่วลันเตาที่งอกในที่มืด ต่อความเข้มข้นของเอทธิลีนในอัตราความเข้มข้นที่ต่าง ๆ กัน   ต้นกล้าของถั่วที่งอกในที่มืดจะแสดงอาการตอบสนองต่อเอทธิลีนโดยเนื้อเยื่อใต้ยอดบวม  ยอดจะสูญเสียสภาพการตอบสนองต่อแรงดึงดูดของโลก  ซึ่งถ้าหากได้รับเอทธิลีนสูงก็จะแสดงอาการมาก  แต่ลักษณะอาการดังกล่าวอาจจะเกิดจากการตอบสนองต่ออะเซทีลีนและโปรปีลีนได้ด้วย
2. การใช้คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของเอทธิลีน ซึ่งอาจจะวัดโดย Gas Chromatograph
3. การใช้วิธีทางเคมี โดยวัดจำนวนโบรมีนที่ถูกใช้

 

การเคลื่อนที่ของเอทธิลีนในต้นพืช

ถึงแม้ว่าเอทธิลีนจะมีสภาพเป็นก๊าซ      มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำที่สุดในจำนวนฮอร์โมนพืชทั้งหลาย  จึงอาจจะคาดว่าเอทธิลีนสามารถผ่านเนื้อเยื่อโดยกระบวนการซึมผ่าน (Physical diffusion)  แต่ในความเป็นจริงพบว่าเอทธิลีนไม่สามารถซึมผ่านเนื้อเยื่อ ใน Vicia faba นั้น  พบว่าการเคลื่อนที่ของเอทธิลีนจะไม่เกิดขึ้นทั้งขึ้นสู่ยอดหรือลงจากยอด    ในการให้เอทธิลีนกับใบพืชนั้นพบว่าเอทธิลีนจะเคลื่อนที่ไปสู่ต้นน้อยมาก อาจจะมีบางส่วนเคลื่อนที่ไปสู่ก้านใบได้ ดังนั้นจึงพอสรุปได้ว่าเอทธิลีนจะไม่เคลื่อนที่ในส่วนต่าง ๆ ของพืชในปริมาณที่มากพอที่จะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาได้ ทั้ง ๆ ที่เอทธิลีนไม่มีการเคลื่อนที่ในพืช   แต่พบว่าระดับของเอทธิลีนในส่วนหนึ่งของพืชจะส่งผลให้เกิดการสังเคราะห์เอทธิลีนในส่วนอื่น ๆ ด้วย เช่น  ถ้ามีปริมาณของเอทธิลีนมากในส่วนของรากจะเกิดการกระตุ้นให้มีการเพิ่มระดับของเอทธิลีนที่ยอดด้วย ซึ่งกลไกการกระตุ้นนี้ยังไม่เข้าใจเด่นชัดนัก เอทธิลีนอาจจะเคลื่อนที่ผ่านพืชในรูปของ ACC

 

คุณสมบัติของเอทธิลีนจะขึ้นอยู่กับลักษณะต่อไปนี้

1. มีแขนแบบ double  bond  และไม่อิ่มตัว   ซึ่งจะมีคุณสมบัติมากกว่า single หรือ triple bond
2. คุณสมบัติจะลดลงเมื่อโมเลกุลยาวขึ้น
3. แขนแบบ double bond จะต้องอยู่ติดกับคาร์บอนอะตอมสุดท้าย
4. คาร์บอนอะตอมสุดท้ายต้องไม่มีประจุบวก

 

กลไกการทำงานของเอทธิลีน

จากการศึกษาพบว่า เอทธิลีนจะก่อให้เกิดผลต่อการเจริญเติบโตของพืช โดยการรวมกับ receptor site ซึ่งมีโลหะรวมอยู่ในโมเลกุลด้วย และคาดว่าโลหะดังกล่าวคือทองแดงและ analogues ของเอทธิลีนจะสามารถแข่งขันเข้ารวมกับ receptor site และก่อให้เกิดผลคล้ายคลึงกับผลของเอทธิลีน บริเวณที่เอทธิลีนรวมกับ receptor  site นั้น คาดว่าอยู่บริเวณเยื่อหุ้มเซลล์หลังจากที่รวมกับ receptor แล้วจะทำให้ receptor สามารถกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองขึ้น ซึ่งจะนำไปสู่การตอบสนองขั้นต่อไป

การที่เนื้อเยื่อพืชได้รับเอทธิลีนจะมีการเปลี่ยนแปลงทั้งด้านปริมาณและคุณภาพของเอนไซม์  ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่าเอทธิลีนจะควบคุม RNA ให้สังเคราะห์โปรตีน มีเอนไซม์หลายชนิดมีกิจกรรมเพิ่มขึ้นหลังจากที่ได้รับเอทธิลีนแล้ว เช่น เซลลูเลส (Cellulase)      เพอร์ออกซิเดส (Peroxidase) ฟีนีลอะลานีน แอมโมเนีย  ไลเอส (Phenylalanine ammonia lyase) และฟอสฟาเตส (Phosphatase)     ตัวอย่างของการกระตุ้นให้เกิดเซลลูเลสที่เด่นชัดที่สุดคือการเกิดรอยแยกขึ้นที่ก้านใบกับลำต้น  หรือกิ่งในระหว่างการร่วงของใบซึ่งเกิดจากการได้รับเอทธิลีน และการเพิ่มขึ้นของเซลลูเลสเกิดจากการกระตุ้นของเอทธิลีน     แต่อย่างไรก็ตามการกระตุ้นการเกิดการร่วงของใบโดยเอทธิลีนนั้นรวดเร็วมากเกินกว่ากลไกของการสังเคราะห์โปรตีน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่าเอทธิลีนกระตุ้นให้เซลลูเลสที่ปรากฏอยู่ในเซลล์แล้ว  ปลดปล่อยออกมายังผนังเซลล์ทำให้เกิดการแยกของเซลล์และใบร่วง

ผลของเอทธิลีนที่เกิดอย่างรวดเร็วนั้น จะไม่สามารถหยุดยั้งด้วย  สารระงับการสร้าง RNA หรือโปรตีน เช่น แอคติโนมัยซิน ดี และไซโคเฮกซิไมด์

การที่เอทธิลีนละลายได้ดีมากในไขมัน  จึงคาดว่า receptor site  ก็อยู่ร่วมกับเยื่อหุ้มเซลล์  ซึ่งลักษณะดังกล่าวจึงทำให้เอทธิลีนมีผลต่อการยอมให้สารเข้าออกจากเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย แต่กลไกเหล่านี้ยังสลับซับซ้อนและไม่ทราบเด่นชัดนัก ดังนั้นกลไกการทำงานของเอทธิลีนในระยะสั้นอาจจะเกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์  ส่วนในระยะยาวจะเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน

 

ผลของเอทธิลีนต่อพืช

1. กระตุ้นให้ผลไม้สุก ดังนั้นอาจจะเรียกเอทธิลีนว่า Ripening hormone และใช้ในการบ่มผลไม้ในทางการค้า
2. กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพ เช่น กระตุ้นให้เกิด Abcission zone ขึ้น ทำให้ใบและกลีบดอกร่วงได้ กระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพของราก และลำต้น รวมทั้งกระตุ้นการออกดอกของพืช เช่น สับปะรด กระตุ้นให้เกิด Adventitious root
3. กระตุ้นให้พืชออกจากการพักตัว เช่น กรณีของมันฝรั่ง
4. กระตุ้นให้เกิดดอกตัวเมียมากขึ้นในพืช Dioecious

ฮอร์โมนที่กล่าวมาแล้วทั้งหมดนี้   ในปัจจุบันได้นำมาใช้ในทางการเกษตรกันอย่างแพร่หลาย    ส่วนสารควบคุมการเจริญเติบโตที่นำมาใช้ประโยชน์ในปัจจุบันก็มีหลายชนิด เช่น Paclobutrazol ซึ่งใช้ควบคุมความสูงของพืช ป้องกันการหักล้มของธัญพืชลดความสูงของไม้ประดับ และยังกระตุ้นให้มะม่วงออกผลนอกฤดู ส่วน Chlormequat สามารถใช้ป้องกันการหักล้มของธัญพืช   Maleic hydrazide   ซึ่งใช้ระงับการงอกของหัวมันฝรั่งและหอมหัวใหญ่    Ethephon ใช้ในการเร่งการไหลของน้ำยางของยางพาราเป็นต้น