جنبه های تاریخی کشف هورمون های گیاهی

 هورمون های گیاهی

کشف هر کدام از هورمون های گیاهی گام مهمی در پیشرفت فیزیولوژی گیاهی محسوب می شود. ولی فقط تعداد کمی از پژوهشگران دست اندرکار کشف هورمون ها، با قصد کشف یک هورمون کار خود را آغاز کردند.

همچنان که در بیشتر زمینه های علمی اتفاق می افتد، کشف هورمون ها طی تلاش بشر برای پی بردن به مسائل دیگری، مثلاً چگونگ پدیده های نموی یا برخی رفتارهای غیر عادی گیاهی، روی داد. در بسیاری از مواقع کشفیات مهم علمی حتی برای محققی که با آنها سروکار دارد غیر مترقبه اند.

برای تولید محتوا تخصصی وب سایت اینجا کلیک کنید.

نخستین بار چارلز داروین بر روی هورمون ها و به ویژه اکسین ها تحقیق کرد. اگر چه شهرت وی به تحقیقات او در علم تکامل بر میگردد، ولی داروین بعداً در مورد برخی جنبه های فیزیولوژی گیاهی نیز پژوهش هایی انجام داد.

برخی مطالعات وی در فیزیولوژی گیاهی در کتاب وی و پسرش، با عنوان “قدرت حرکت در گیاهان” انتشار یافت. یکی از چند حرکت گیاهی که توسط داروین مورد مطالعه قرار گرفت، تمایل گیاهچه های علف قناری برای خم شدن به طرف نوری که از پنجره به گیاه می رسد بود. این پدیده بعدها به عنوان “فتوتروپیسم” معروف شد.

کلئوپتیل، ساختار غلاف مانند محافظی است که هنگام بیرون آمدن گیاهچه های گراس از خاک برگ های اولیه را در بر می گیرد. داروین مشاهده کرد که کلئوپتیل ها نیز مانند ساقه ها به نور یکطرفه واکنش نشان داده و به سمت آن رشد می کنند. به علاوه وی مشاهده کرد چنانچه نوک کلئوپتیل قطع گردد و یا طوری پوشیده شود که نور به آن نرسد، خم شدن در جهت نور اتفاق نمی افتد.

خم شدن در تمام قسمتهای کلئوپتیل مشاهده می شد، از این رو داروین به این نتیجه رسید که علامت فتوتروپیسم توسط نوک کلئوپتیل دریافت شده و هنگامی که گیاهچه ها، در معرض نور جانبی قرار می گیرند اثراتی از نور از بخش انتهایی به قسمت های پایین تر منتقل شده و سبب خم شده این قسمت ها می شود.

نتیجه گیریهای داروین در مورد نوعی “تأثیر قابل انتقال” در گیاهان بسیاری از فیزیولوژیست های گیاهی را به انجام آزمایشهایی ترغیب کرد که حاصل آنها کشف اولین هورمون گیاهی بود.

به دنبال انتشار کتاب داروین، تعداد زیادی از محققان در ان زمان ضمن صحه گذاری بر مندرجات آن، تحقیقات در این زمینه را پیگیری کردند. در سال 1910 میلادی، بویسن – جنسن (boysen-jensen ) نشان داد که ماده محرک از بلوک آگار عبور می کند و از این رو باید نوعی ماده شیمیایی باشد.

در سال 1918 میلادی، پال (Paal ) نشان داد چنانچه جوانه انتهایی برداشته شده و به صورت نامتقارن در جای اولیه خود قرار داده شود، حتی در تاریکی ساقه انحنا پیدا می کند.

در چنین سال هایی که بیلیز و استارلینگ (Baylis and Starling ) به تازگی ویژگی هورمون های حیوانی را تبیین کرده بودند، فیزیولوژیست های گیاهی بی درنگ چنین مشاهداتی را به عنوان دلایلی برای وجود نوعی هورمون گیاهی مطرح کردند.

جداسازی ماده فعال برای اولین بار در سال 1928 میلادی توسط ونت که به عنوان یک دانشجوی دوره ی دکتری در آزمایشگاه پدرش در هلند به تحقیق مشغول بود صورت گرفت.

ونت که تصمیم داشت یافته های بویسن – جنسن و پال را پیگیری کند، مریستم انتهایی کلئوپتیل یولاف را قطع کرد و این قطعات را در بلوک های کوچک آگارگذاشت.

پس از گذشت زمان کافی و اطمینان از انتشار ماده شیمیایی از بافت های گیاهی به بلوک های آگار، هر کدام از بلوک های یاد شده را به صورت نامتقارن بر روی کلئوپتیلی که نوک آن به تازگی قطع شده بود قرار داد.

ماده شیمیایی با انتشار از بلوک های آگار به داخل کلئوپتیل ها سبب افزایش رشد سلول های آن ها به ویژه در بخشی که زیر بلوک های آگار قرار داشت شد. انحنا درکلئوپتیل در اثر تفاوت در رشد سلول های دو طرف بافت بود. همچنین میزان انحنا متناسب با میزان ماده شیمیایی مؤثر در آگار بود. این کار تحقیقاتی ونت از دو باب اهمیت داشت: اول اینکه وی وجود ماده تنظیم کننده در انتهای کلئوپتیل را به اثبات رساند و دوم اینکه، وی روشی برای جداسازی و تجزیه کمی ماده مؤثر ابداع کرد.

ونت از کلئوپتیل گیاه یولاف در آزمایش های خود استفاده کرد، از این رو آزمون کمی وی از آن پس به “تست انحنای یولاف” (Avena Curvature Test ) معروف شد. به مواد شیمیایی که در این آزمایش ها مؤثر واقع شدند اکسین که برگرفته از واژه یونانی auxin به معنای “افزودن” است گفته شد.

نتایج آزمایش های ونت سرآغاز تحقیقات گسترده ای برای شناسایی و جداسازی ماده مؤثر شد. یکی از ترکیباتی که در این باره بسیار مؤثر بود، ایندول 3-استیک اسید (IAA) نام داشت که در سال 1934 از ادرار انسان جدا شد. چنین منبع عجیبی به این دلیل انتخاب شد که احتمال میدادند که هورمون های جنسی زنان که در ادرار آنها وجود دارد بر رشد گیاهان تأثیر می گذارد.

طی یک رشته آزمایش، ابتدا ادرار خالص نشده ارزیابی گردید و معلوم شد در رشد گیاه بسیار مؤثر است.ارزیابی ادرار خالص شده نشان داد که این نمونه ها بر رشد گیاهان بی تأثیرند.

محققان با مراجعه به منبع اولیه ادرار که حاوی هورمون جنسی بود و از زنی باردار به دست آمده بود، توانستند (IAA ) را کشف کنند. در همین ایام ترکیب یاد شده از عصاره مخمر و سال بعد از آن نیز از کشت Rhizapus suinus جداسازی شد.

در سال 1946 میلادی پس از پس از جداسازی (IAA ) از گندمه نابالغ ذرت معلوم شد این ترکیب در تمام گیاهان عالی وجود دارد. در مورد اینکه (IAA ) اکسین اصلی موجود در گیاهان عالی است اتفاق نظر وجود دارد.

زمینه کشف جیبرلین ها تا حدودی به موضوعات کاربردی تری ارتباط دارد. در اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20، شیوع نوعی بیماری در مزارع برنج در ژاپن سبب کاهش قابل توجه عملکرد و تولید شد.

گیاهانی که به بیماری باکانا (Bakanae )، به معنی گیاهچه احمق، آلوده می شدند، دارای ساقه های نحیف و بلندی بودند و دانه چندانی نیز تولید نمیکردند. گیاه پزشکان ژاپنی که در پی یافتن راهی برای کنترل بیماری برآمده بودند به زودی این نحوه رشد گیاهان بیمار را به وجود یک نوع قارچ به نام Gibberella fujikuroi نسبت دادند.

در سال 1926 میلادی کوروزاوا (Kurosawa ) اعلام کردچنانچه گیاهچه های سالم برنج با عصاره حاصل از کشت قارچ مذکور تیمار شوند، علائم بیماری در آن ها پدید می آید. تا سال 1938 میلادی محققان ژاپنی موفق به جداسازی ماده مؤثر شده و نام آن را با الهام گرفتن از نام جنس قارچ مولد آن جیبرلین گذاشتند.

جیبرلین تا بعد از جنگ جهانی دوم مورد توجه محققین غربی قرار نگرفت. سپس از سال 1945 میلادی و پایان جنگ، گروهی در انگلیس به رهبری کراس (Cross ) و گروهی در ایالات متحده آمریکا به رهبری استودولا (Stodola ) موفق به جداسازی اسیدجیبرلیک از عصاره کشت قارچ و تعیین خصوصیات شیمیایی آن شدند.

در همین ایام پژوهشگران ژاپنی موفق به جداسازی سه نوع جیبرلین شده و نام آنها را جیبرلین A₁ ، جیبرلین A₂ و جیبرلین A₃ گذاشتند. طولی نکشید که معلوم شد جیبرلین A₃ همان جیبرلیک اسید است.

تأثیر یادشده جیبرلین ها بر برنج و چند گیاه دیگر نشان دادکه ترکیبات مشابهی ممکن است در گیاهان نیز وجود داشته باشند. نخستین جیبرلین با منشأ گیاه عالی در بذور نابالغ لوبیای سبز (P.coccineus ) شناسایی گردید و معلوم شد که دقیقاً همان جیبرلین A₁ است. به دنبال آن مشخص شد که جیبرلین ها در تمامی گیاهان عالی نیز وجود دارند.

هورمون های گیاهی

سیتوکینین ها در اثر مشاهده عدم تقسیم سلولی در محیط کشت کشف شدند. اولین مدرک علمی دال بر کنترل شیمیایی تقسیم سلولی در سال 1913 توسط هابرلنت (Haberlandt ) به دست آمد. وی نشان داد سلول های بافت پارانشیمی غده سیب زمینی را که قادر به تقسیم سلولی نبودند را می توان با استعمال شیره اوند آبکش به بافت مریستمی که تقسیم سلولی در آن فعالانه صورت می گیرد تبدیل کرد. در پی آن معلوم شد عوامل مؤثر در تقسیم سلولی در بافت زخمی شده نیام لوبیا، عصاره تخمک گیاه داتوره و آندوسپرم شیری نارگیل نیز وجود دارد.

در دهه های 1940 و 1950 میلادی، کشت بافت گیاهی به عنوان ابزاری برای مطالعه تقسیم و نمو سلول توجه فیزیولوژیست های گیاهی را جلب کرد. گروهی به راهنمایی اسکوگ (Skoog ) در دانشگاه ویسکانسین سرگرم بررسی نیازهای غذایی برای محیط کشت بافت قطعات ساقه گیاه تنباکو شدند.

آن ها متوجه شدند که چنانچه ریز نمونه های حاصل از قطعات ساقه، بافت آوندی را همراه داشته باشند، در محیط حاوی اکسین به خوبی رشد می کنند. آن ها مشاهده کردند در همین محیط حاوی اکسین چنانچه ریز نمونه ها فاقد بافت آوندی باشند، با اینکه رشد سلولی صورت می گیرد، ولی تقسیم سلولی صورت نخواهد گرفت.

دیری نپایید که این محققان دریافتند عصاره حاصل از بافت آوندی، شیر نارگیل و مخمر همگی قادر به تحریک تقسیم سلولی در حضور اکسین هستند. میلر (Miller ) که در آن زمان به عنوان یک محقق فوق دکتری در آزمایشگاه اسکوگ مشغول به کار بود، توانست ماده مؤثر را از عصاره مخمر جدا کند.

در اولین مرحله وی مشخص کرد، که ماده مؤثر نوعی پورین، یعنی یکی از بازهای نیتروژنی موجود در اسیدهای نوکلئیک است. قبل از وی، گروه تحقیقاتی اسکوگ نیز دریافته بودند که آدنین نیز که یک پورین است سبب تشدید تقسیم سلولی در کشت بافت مغز ساقه تنباکو می شود.

این یافته ها سبب شد تا توجه پژوهشگران برای یافتن مواد مؤثره در تقسیم سلولی بر اسیدهای نوکلئیک متمرکز شود. در سال 1956، میلر و همکارانش موفق به جداسازی و کریستالیزاسیون یک ترکیب بسیار فعال از DNA اسپرم اتوکلاو شده شاه ماهی گشته وو این ترکیب را فورفوریل آمینوپورین- N⁶ که از مشتقات آدنین است معرفی کردند.

نظر به اینکه ترکیب یاد شده سبب تشدید تقسیم سلولی (یا سیتوکینسیس) در کشت بافت میشد، میلر و همکارانش نام کینتین را برای آن انتخاب کردند. در سال 1965، اسکوگ و همکارانش واژه سیتوکینین را برای نامیدن این ترکیبات پیشنهاد کردند.

اگرچه کینتین یکی از فعال ترین سیتوکینین هاست، ولی از DNA جداسازی می شود و به خودی خود در گیاهان وجود ندارد. ولی کشف کینتین و تأثیر تعیین کننده آن در تقسیم سلولی، فیزیولوژیست های گیاهای را وا داشت تا به دنبال یافتن سیتوکینین های طبیعی باشند.

در اوایل دهه 1960، میلر که به دانشگاه ایندیانا منتقل شده بود و لتام(Letham ) که در استرالیا مشغول به تحقیق در این زمینه بود/ف هر دو به صورت جداگانه موفق به جداسازی نوعی پورین از گندمه نارس ذرت و همچنین میوه های نارس آلو شدند که خصوصیاتی شبیه کینتین داشت.

این ترکیب به عنوان 6-(4-هیدروکسی-3-متیل-ترانس-2-بوتنیل آمینو) پورین شناسایی شد و نام زئاتین برای آن انتخاب شد. از آن زمان تا امروز چندین سیتوکینین طبیعی دیگر جداسازی و شناسایی شدند.

با تمایل تعداد بیشتری از محققان به مطالعه در مورد هورمون ها به زودی مشخص شد عصاره تهیه شده با استفاده از اتر ( که برای استخراج اکسین به کار می رفت) در بسیاری موارد در آزمون انحنای کلئوپتیل یولاف مانع خم شدن گیاهچه ها می شود.

ابتدا محققان فقط تلاش می کردند عصاره گیاه را از این مواد به ظاهر مزاحم (در انجام آزمایش) پاک نمایند. ولی دیری نپایید که برخی محققان احتمال تنظیم کننده بودن این ترکیبات را در گیاهان مطرح کردند. با ابداع کروماتوگرافی کاغذی، امکان جداسازی بهتر و دقیق تر ترکیبات گوناگون موجود در عصاره های گیاهی فرآهم شد.

در سال 1953، بنت-کلارک و کیفورد (Bennet-Clark and Kefford ) گزارش دادند که عصاره های گیاهی علاوه بر IAA حاوی ترکیباتی اند که سبب جلوگیری از رشد قطعات کلئوپتیل می شوند و از این رو نام این ترکیب را بازدارنده بتا (Inhibitor β ) گذاشتند.

مشخص شد که مقادیر زیادی از به اصطلاح بازدارنده بتا، در جوانه های جانبی و همچنین لایه های بیرونی غده سیب زمینی که در خواب بودند وجود دارد، از این رو کیفورد پیشنهاد کرد که این ماده هم در غالبیت انتهایی و هم در حفظ خواب در غده های سیب زمینی نقش دارد.

پژوهشگران دیگری نیز گزارش دادند که مواد بازدارنده در برگ و جوانه گیاهان درختی نیز وجود دارد و وجود این مواد با شروع دوره خواب در این گیاهان درختی بی ارتباط نیست. در سال 1964، وارینگ (Waring) از واژه دورمین (Dormin ) برای نامیدن این ترکیبات داخلی موجد خواب استفاده کرد.

گروه تحقیقاتی دیگری ترکیباتی را از برگ های پیر لوبیا و همچنین میوه پنبه و لوپن جدا کردند. این ترکیبات چنانچه در ناحیه ریزش که شکافته شده بود به کار می رفتند، سبب تحریک ریزش می شدند و از این رو از واژه آبسیژن II (Abscisin II ) برای نامیدن آن ها استفاده شد.

با جداسازی و شناسایی سه ترکیب فوق به صورت مستقل، در اواسط دهه 1960 معلوم شد که هر سه ترکیب کاملاً مشابه اند. نوعی اختلاف نظر هم که کاملاً طبیعی بود بر سر نامگذاری این ترکیب بروز کرد. اگرچه نام آبسیژن II که قبل از بقیه، ساختمان آن از نظر شیمیایی شناخته شده بود از اولویت برخوردار بود، ولی برخی استدلال می کردند که این اسم به خوبی دامنه فعالیت این ترکیب را بیان نمی کند.

برای مشاهده تابلو نمایش طرح جابر اینجا کلیک کنید.

در نهایت شورایی متشکل از پژوهشگران دست اندرکار تحقیق برروی آبسیژن II و دورمین، مسئولیت پیداکردن نام مناسبی برای این ترکیب را پذیرفتند. در سال 1967 نام آبسایسیک اسید و به اختصار ABA توسط شورای مذکور به کنفرانس بین المللی مواد رشد گیاهی در اتاوا پیشنهاد شد. با پذیرفته شدن این پیشنهاد در کنفرانس اتاوا هم اینک نام آبسایسیک اسید در کل جهان به کار برده می شود.

دست اندرکاران صنعت حمل و نقل دریایی و انبار کردن میوه جات از دیر باز می دانستند که میوه رسیده و گندیده سبب افزایش سرعت رسیدگی در میوه های مجاور در انبار می شود.

به عنوان مثال موزهایی که در کوبا تولید و با قایق به سوی ایالات متحده آمریکا حمل میشدند، هنگامی که به نیویورک می رسیدند در اثر رسیدگی بیش از حد، عملاً قابل عرضه به بازار نبودند. اولین گزارش علمی که این اثرات را به آزاد شده نوعی ترکیب فرار از بافت گیاهی نسبت داد، کار تحقیقاتی کازینز(Cousins) بود که در سال 1910 در گزارش سالانه وزارت کشاورزی جاماییکا منتشر شد.

وی دریافت که میوه های رسیده پرتقال ماده ای فرار از خود آزاد می کنند که سبب تسریع رسیدگی موزهایی می شود که در کنار آن ها انبار شده است. چندین گزارش مشابه دیگری مبنی براینکه تولید ترکیبات فرار توسط میوه سیب، موجب رشد نامناسب گیاهچه های گوجه فرنگی و همچنین تغییر وضعیت تنفس طی فرآیند رسیدگی می شود، در اوایل 1930 منتشر شدند. در سال 1934 گین(Gane) مدارک قطعی را مبنی بر اینکه این ترکیب فرار گاز اتیلن است ارائه داد.

منبع:مقدمه ای بر فیزیولوژی گیاهی (جلد دوم)

تألیف: ویلیام ج.هاپکینز