W każdej roślinie występuje dość dużo naturalnych związków zaliczanych do hormonów roślinnych (fitohormonów). Po raz pierwszy zostały one odkryte w latach 40. XX w. przez badaczy japońskich, którzy określili je jako związki pełniące rolę regulatorów wzrostu w organizmie roślinnym. Naturalne hormony można nazwać endogennymi, ponieważ są syntezowane „wewnętrznie” przez wszystkie gatunki roślin występujących na kuli ziemskiej. Podstawowym ich działaniem jest w głównej mierze stymulujący wpływ na metabolizm większości komórek roślinnych. Naukowcy z USA i Japonii, uwzględniając działanie naturalnych fitohormonów na fizjologię roślin, stworzyli na ich bazie syntetyczne hormony, tzw. egzogenne. Mają one postać preparatów chemicznych, o bardzo zbliżonym składzie do naturalnych związków. Takie produkty należą do grupy regulatorów wzrostu i mają dosyć szerokie zastosowanie w rolnictwie.
Ważnymi regulatorami wzrostu roślin wykorzystywanymi w sadownictwie, przy produkcji owoców, są cytokininy w formie syntetycznych związków o zbliżonej budowie do naturalnych fitohormonów i działających analogicznie do nich.
fot. Cytokininy wraz z giberelinami użyte w kwitnienie gruszy (w razie wystąpienia niesprzyjających warunków pogodowych) stymulują zawiązywanie owoców beznasiennych
Początki cytokininy
Pierwszy związek z grupy cytokinin, hormonów stymulujących podziały komórkowe roślin, zidentyfikowano w 1955 r. i nadano mu nazwę kinetyny. Po kliku latach naukowcy (Miller i Letham) wyodrębnili związek, który silnie stymulował podziały komórkowe i nazwali go zeatyną (od łacińskiej nazwy kukurydzy). W kolejnych latach wyizolowano jeszcze wiele związków o właściwościach podobnych do kinetyny i zeatyny, a całą tę grupę związków nazwano pierwotnie kininami potem fitokininami. Jednak pod tą nazwą określano już niektóre białka zwierzęce, więc zmieniono ją na nową nazwę – cytokininy (CK). Nazwa pochodzi z greckiego: kytos – komórka/jama i kineo – poruszam i nawiązuje do procesu cytokinezy, w czasie której zachodzą zintensyfikowane podziały komórkowe.
Występowanie w roślinie
Naturalne cytokininy (endogenne) przyjmują różne formy, są wszechobecne we wszystkich roślinach wyższych i wykazują w nich bardzo dużą aktywność. Stanowią jednorodną grupę związków i są pochodnymi adeniny. Istnieje także grupa związków niepurynowych – pochodnych mocznika – o właściwościach cytokinin. Najczęściej jednak mówi się o dwóch grupach cytokinin: „pochodnych purynowych” i „pochodnych mocznikowych”. Spośród cytokinin syntetycznych (egzogennych) wysoką aktywność biologiczną wykazują benzyloaminopuryna, czyli benzyloadenina (BA), i kinetyna. W mniejszym stopniu aktywna jest również tetrahydropyranylo-benzyloadenina (PBA). Dwie pierwsze wymienione cytokiny są pochodną adeniny i są syntetyzowane w formie wolnej, ale najszerzej stosowaną i wykazującą wysoką aktywność w stosunku do wielu roślin jest właśnie BA. Obecnie znanych jest ponad 200 cytokinin zarówno endogennych, jak i egzogennych, które w tkankach roślinnych ulegają intensywnym przemianom i przyczyniają się do zwiększenia puli związków o właściwościach regulacyjnych (regulatory wzrostu). Największe stężenie i biosynteza cytokinin występuje w wierzchołkach korzeni, pąkach, młodych liściach, młodych pędach, rozwijających się owocach i nasionach czy tkance kalusowej oraz innych tkankach merystematycznych (kambium). Nasiona nie wytwarzają cytokinin tylko regulują transport tych hormonów do nich. Potwierdzają to obserwacje, które wykazały, że owoce partenokarpiczne (beznasienne) zawierają właśnie małe ilości cytokinin, ponieważ dopływ cytokinin z rozwijających się nasion reguluje aktywność podziałową w owocni. Hormony są w niej bardzo szybko degradowane i stąd trudne potem do wykrycia. Prawdopodobnie cytokininy kontrolują syntezę innego regulatora, który przemieszcza się do dzielących się komórek owocni. Liczne badania i doświadczenia potwierdzają słabsze przemieszczanie się cytokinin w obrębie rośliny z miejsc ich syntezy i dlatego powinno się to uwzględniać w przypadku traktowania roślin syntetycznymi preparatami.
fot. Cytokininy wzmagają m.in. syntezę etylenu w słabszych zawiązkach, powodując ich opadanie; zostają tylko te najsilniejsze
Działanie na fizjologię rośliny
Charakterystycznymi cechami działania cytokinin jest stymulacja podziałów komórkowych oraz opóźnianie procesu starzenia. Bez udziału fitohormonów żadna komórka nie jest w stanie się podzielić, ponieważ stanowią one część mechanizmu podziałowego – cyklu komórkowego, pobudzając ogólny wzrost objętościowy komórek. Związki te aktywnie regulują morfogenezę roślin poprzez indukcję pędów bocznych i ich rozwój, pobudzanie wzrostu pąków bocznych (przybyszowych) i znoszenie dominacji wierzchołkowej.
Cytokininy:
- skracają spoczynek pąków;
- hamują tworzenie i wzrost systemu korzeniowego;
- opóźniają procesy starzenia się organów (liście);
- regulują otwieranie się aparatów szparkowych.
W przypadku drzew ziarnkowych biorą znaczący udział w procesach związanych z inicjacją pąków kwiatowych na kolejny rok i regulują zrzucanie zawiązków owocowych. Mają działanie antagonistyczne do auksyn, ale razem z nimi powodują transport matabolitów w kierunku organów o większym stężeniu tych hormonów. Cytokininy wywierają znaczny wpływ na wiele procesów biochemicznych: stymulację biosyntezy kwasów nukleinowych, białek i wielu enzymów, pobudzanie różnicowania się chloroplastów (intensyfikacja fotosyntezy). Literatura zagraniczna podaje, że fitohormony te regulują również w roślinie jej ogólną odporność przeciw patogenom oraz tolerancję i obronę przeciw szkodnikom.
Wykorzystanie w praktyce
Oprócz wymienionych wcześniej cytokinin zsyntetyzowano ponad 70 pochodnych purynowych, ale bardzo rzadko znajdują one zastosowanie w praktyce, gdyż mają minimalną lub zerową aktywność biologiczną. Spośród pochodnych mocznika na jabłoniach próbuje się stosować N-(2-chloro-4-pirydylo)-N-fenylomocznik, potocznie zwany forchlorfenuronem (CCPU), w celu zmiany wyglądu i składu chemicznego owoców. Z kolei w szkółkarstwie do defoliacji wykorzystywany jest tidiazuron (TDZ). Najczęściej jednak w sadownictwie zastosowanie znajduje benzyloadenina (BA) – stosowana solo lub w mieszaninie z giberelinami.
Rozgałęzianie materiału szkółkarskiego
W szkółkarstwie wykorzystywany jest produkt oparty na gotowej mieszaninie 6-benzyloadeniny (6-BA) z giberelinami (GA4+7 ), który zwiększa liczbę bocznych rozgałęzień, a także wpływa na zmianę kąta ich położenia w stosunku do pędu głównego okulantów. Preparat nanosi się na górne partie drzewek na wysokości 50–90 cm, w zależności od miejsca, na którym pożądane są pierwsze rozgałęzienia. Aplikację wykonuje się zazwyczaj po kwitnieniu (BBCH 73–75), od czerwca do lipca w odstępach co 10–14 dni, w 2–3 powtórzeniach (każde na 15 cm nowego przyrostu). Dzięki temu zabiegowi chemicznemu działamy na rozwój pąków bocznych z jednoczesnym hamowaniem dominacji wierzchołkowej rośliny.
Przerzedzanie chemiczne zawiązków owoców
Syntetyczna cytokinina w formie benzyloadeniny (benzyloaminopuryny) – BA aplikowana na jabłoń i gruszę uruchamia dwa mechanizmy działania, które wpływają na przerzedzanie (chemiczne) zawiązków owoców. Pierwszy powoduje efekt czasowej stymulacji wzrostu wegetatywnego (silne podziały komórkowe) i tym samym zwiększenie konkurencji o asymilaty pomiędzy pędami wegetatywnymi a rosnącymi zawiązkami (mniejsza dostępność). Drugi wzbudza nagłą syntezę etylenu (hormonu starzenia) w strefie odcinania w szypułce słabszych zawiązków owoców w krytycznym momencie ich wzrostu. W związku z powyższym, końcowym następstwem działania BA jest zrzucanie przez drzewo „zbędnych” zawiązków bez ryzyka zrzucenia ich nadmiernej ilości w dzień pochmurny po zabiegu, jako że hormon ten nie jest typowym inhibitorem fotosyntezy. Wieloletnie badania amerykańskich naukowców potwierdzają, że pochmurne dni, wysoka temperatura nocą, szybszy wzrost pędów oraz spowolnienie procesu fotosyntezy zakłócają ogólnie gospodarkę węglowodanową w zawiązkach (spadek ich zawartości). To wszystko sprawia, ze stają się słabsze i odpadają z drzewa. W praktyce na drzewach ziarnkowych do chemicznego przerzedzania zawiązków wykorzystuje się 6-BA w okresie 2–4 tygodni po kwitnieniu, faza BBCH 71–72, kiedy zawiązki główne (królewskie) osiągną wielkość 7–16 mm (optimum 10–12 mm). Zabieg przerzedzania chemicznego przy użyciu 6-BA pozwala uzyskać optymalną ilość owoców (pożądanej wielkości 75–80 mm) na drzewie oraz znacznie obniżyć koszty przerzedzania ręcznego w drugiej części sezonu. Dodatkowymi korzyściami przerzedzania 6-BA są jędrniejsze owoce oraz silniejsze pąki kwiatowe zakładane na kolejny sezon wegetacyjny – przeciwdziałanie przemienności owocowania.
fot. Efektem przerzedzania 6-BA jest optymalne wyrośnięcie owoców, ich równomierne rozłożenie w koronie i zapobieganie przemienności owocowania
Poprawa wielkości i kształtu owoców
Wykazano, że cytokinina w formie 6-BA ma bezpośredni wpływ na wielkość owoców poprzez stymulowanie w nich podziałów młodych komórek. Wyrośnięty i duży owoc powstanie tylko z najsilniejszego i największego zawiązka o zdecydowanie większej liczbie komórek. Cytokinina (6-BA) w połączeniu z GA4+7 (gotowy produkt) stymuluje silne podziały komórkowe i tym samym powiększanie rozmiaru komórek w tych częściach owocu, które zachowały jeszcze charakter merystematyczny. Widocznym efektem działania obu fitohormonów jest znaczny przyrost masy owoców zwłaszcza u odmian drobnoowocowych jabłoni. Jabłka mają zazwyczaj większy rozmiar (>70 mm). Jeżeli chodzi o kształt jabłek, to 6-BA łącznie z GA4+7 wpływa na powstawanie głębszego zagłębienia przyszypułowego oraz rozrastanie się części przykielichowej w formie 4–5 żebrowań (np. Red Delicious i sporty). Zmiany te są wyraźnie widoczne w pierwszych tygodniach po kwitnieniu i pozostają aż do samego zbioru. W tym celu zaleca się na jabłoni (u odmian drobnoowocowych – Gala i sporty, Golden Delicious, Red Delicious i sporty, Szampion i sporty, Pinova i in.) wykonać odpowiedni program z wykorzystaniem regulatora wzrostu (6-BA + GA4+7 ) w fazach od pełni kwitnienia do początku opadania zawiązków (BBCH 65– 73). Pierwszy zabieg należy wykonać między pełnią kwitnienia (przynajmniej 50% kwiatów otwartych – BBCH 65) a końcem kwitnienia (BBCH 69). Przy niskiej temperaturze i opadach zabieg należy wykonać w fazie pełnego kwitnienia (BBCH 65–66), a podczas sprzyjającej pogody zabiegi rozpoczynać w okresie opadania płatków kwiatowych (BBCH 67-69). Warto wspomnieć, że powyższy zabieg ogranicza także ordzawienia na skórce u odmian podatnych. Należy pamiętać o nieprzekraczaniu sezonowej dawki zalecanej przez producenta preparatu. W przypadku gruszy sformułowaną mieszaninę 6-BA + GA4+7 należy zastosować od początku białego pąka (płatki kwiatów wydłużają się, a działki kielicha są lekko otwarte – BBCH 56–57) do fazy zasychania kwiatów (większość płatków opadła – BBCH 67–68). Najkorzystniej wykonać oprysk w momencie otwarcia 20–30% pąków kwiatowych (BBCH 62–63).
Po przymrozkach
Bardzo często wiosenne przymrozki występujące podczas kwitnienia jabłoni czy gruszy uszkadzają istotne części kwiatów (słupek, zalążnia), podczas gdy inne, jak dno kwiatowe, pozostają żywe. Te nie w pełni wartościowe kwiaty mogą przekształcić się jeszcze w owoce, kiedy we właściwym czasie zastosujemy odpowiednie hormony roślinne. Tu również pomocna jest mieszanina 6-BA + GA4+7 . Syntetyczne regulatory wzrostu dostarczają egzogennie (z zewnątrz) uszkodzonym przez mróz komórkom/tkankom substancji stymulujących (o działaniu zbliżonym właśnie do fitohormonów) procesy metaboliczne w roślinie. W warunkach silnego stresu wywołanego niską temperaturą naturalna synteza fitohormonów endogennych (z wewnątrz) jest mocno zakłócona. W wyniku działania 6-BA + GA4+7 następują bardzo silne podziały komórkowe i zwiększanie się ich wielkości oraz podniesienie biosyntezy antyoksydantów, czyli właśnie fitohormonów endogennych, usuwających toksyczne dla rośliny wolne rodniki tlenowe, indukowane pod wpływem mrozu. Z praktyki i licznych doświadczeń wynika, że gotowej mieszaniny 6-BA i GA4+7 wskazane jest użyć jak najszybciej po przymrozku/ przymrozkach, kiedy tylko warunki na to pozwolą – do 24–48 godzin (min. temp. 7–9°C). W efekcie takiego zabiegu można odratować plon ogólny (regeneracja podmarzniętych części kwiatów – zalążni). Wykorzystywane jest tu naturalne zjawisko partenokarpii, które polega na powstawaniu owoców beznasiennych lub z bardzo małą ilością żywotnych nasion. Mieszanina 6-BA + GA4+7 wpłynie na intensywne podziały komórkowe, czego rezultatem będzie zawiązanie większych owoców partenokarpicznych (bez nasion).
fot. Główną funkcją działania cytokinin stosowanych w sadach gruszowych jest wpływ na podziały komórkowe, a więc zwiększanie wielkości owoców
W innych krajach
W USA preparaty na bazie syntetycznych cytokinin są powszechnie stosowane do różnych celów. Dla przykładu 6-BA stosowana jest do silnego zintensyfikowania podziałów komórkowych, zanim tempo wzrostu owocu osiągnie swoje maksimum. Tamtejsi sadownicy w celu zwiększenia rozmiaru owoców aplikują 6-BA w okresie od opadania płatków kwiatowych (dwukrotnie, co 10 dni). Wykorzystywane jest m.in. to, że podziały komórek w rosnących zawiązkach owoców są najintensywniejsze do 4-5 tygodni po kwitnieniu (maksimum na około 25 dni po). Potwierdzono, że syntetyczna cytokinina (6- BA) przedłuża okres podziałów komórkowych o kolejne 14 dni, zwłaszcza w części przykielichowej owocu. Warto zaznaczyć, że w końcowym plonie uzyskuje się znacznie wyższy procent owoców o zdecydowanie lepszej jakości (większy kaliber/ wyrównanie). Cytokinina z grupy pochodnych mocznika, czyli forchlorfenuron (CCPU), wykorzystywana jest powszechnie do zwiększania rozmiaru owoców w uprawie winorośli, kiwi i innych owoców. Regulator ten użyty w okresie przed zbiorczym opóźnia również dojrzewanie owoców. Ponadto używa się go w szkółkarstwie do regulowania kształtu młodych drzewek (szczególnie jabłoni).
fot. Charakterystyczne żebrowania w części przykielichowej owoców odmiany Red Delicious to efekt zastosowania cytokinin wraz z giberelinam
Warunki stosowania Wykonując zabiegi 6-BA, należy wziąć pod uwagę kilka podstawowych zasad:
- Temperatura i wilgotność powietrza istotnie wpływają na wchłanianie cytokininy. Aplikacja czystego 6-BA powinna być wykonana „na dzień”, przy rosnącej temperaturze (min. 18°C) i dużej wilgotności powietrza (przy niskiej wilgotności należy zwiększyć ilość cieczy roboczej do 1000–1500 l/ha). Dosyć zasadniczą rzeczą jest temperatura w pierwszym lub drugim dniu po zabiegu, która powinna oscylować w granicach 22–23°C. Ogólnie temperatura jest ważniejsza niż optymalna średnica zawiązków (10–12 mm), zatem jeśli nie ma odpowiednich warunków pogodowych, lepiej wykonać zabieg wcześniej/później przy sprzyjających warunkach na mniejsze (7–9 mm) lub większe (13– 15 mm) zawiązki. Nie wskazane jest opryskiwanie 6-BA w wyższej temperaturze (>25°C), gdyż osłabia to jej działanie. Przy produktach z GA4+7 można wykonywać zabieg przy min. 15–16°C (bezpośrednio po przymrozku/ach – min. około 8°C).
- Niewskazane jest tworzenie roboczych mieszanin 6-BA z GA4+7 (brak pełnej skuteczności oryginalnie sformułowanego produktu). Preparat na bazie 6-BA najlepiej stosować solo w oprysku, bez dodatku żadnych zwilżaczy ani innych agrochemikaliów stosowanych w tym samym terminie.
- Stosowanie następcze innych regulatorów wzrostu po aplikacji 6-BA może nastąpić po określonym czasie, mały kilkudniowy interwał. W związku z czym, zabieg produktem zawierającym GA4+7 lub proheksadionem wapnia najlepiej wykonać po min. 3–4 dniach.
