GIBBERELLINE: TIPI, FUNZIONE, MODALITÀ DI AZIONE, BIOSINTESI - BIOLOGIA - 2025

Le Gibberelline sono ormoni vegetali o fitormoni coinvolti in diversi processi di crescita e sviluppo delle piante superiori. Stimolano infatti la crescita e l'allungamento del fusto, lo sviluppo dei frutti e la germinazione dei semi.

La sua scoperta fu fatta a metà degli anni '30 da ricercatori giapponesi che studiavano la crescita anormale delle piante di riso. Il nome gibberellina deriva dal fungo Gibberrella funjikuroi, un organismo da cui è stato inizialmente estratto, agente causale della malattia "Bakanae".

Allungamento dello stelo promosso dall'applicazione delle Gibberelline. Fonte: flickr.com

Nonostante siano state identificate più di 112 gibberelline, pochissime mostrano attività fisiologica. Solo la gibberellina A ₃ o acido gibberellico e le gibberelline A ₁ , A ₄ e A ₇ sono di importanza commerciale.

Questi fitormoni promuovono sorprendenti cambiamenti nelle dimensioni delle piante, oltre a indurre la divisione cellulare nelle foglie e negli steli. L'effetto visibile della sua applicazione esogena è l'allungamento di steli sottili, meno rami e foglie fragili.

tipi

La struttura delle gibberelline è il risultato dell'unione di isoprenoidi a cinque atomi di carbonio che insieme formano una molecola a quattro anelli. La sua classificazione dipende dall'attività biologica.

Acido gibberellico. Fonte: researchgate.net

Forme libere

Corrisponde a quelle sostanze derivate dall'ent-Kauren, la cui struttura fondamentale è l'ent-giberelano. Sono classificati come diterpenoidi acidi derivati ​​dall'idrocarburo eterociclico ent-Kaureno. Sono noti due tipi di forme libere.

• Inattivo: ha 20 atomi di carbonio.
• Attivi: hanno 19 atomi di carbonio, poiché hanno perso un carbonio specifico. L'attività è condizionata per avere 19 atomi di carbonio e presentare una idrossilazione in posizione 3.

Forme coniugate

Sono quelle gibberelline che sono associate ai carboidrati, quindi non hanno attività biologica.

Funzione

La funzione principale delle gibberelline è l'induzione della crescita e l'allungamento delle strutture vegetali. Il meccanismo fisiologico che consente l'allungamento è correlato alle variazioni della concentrazione di calcio endogeno a livello cellulare.

L'applicazione delle gibberelline favorisce lo sviluppo delle fioriture e delle infiorescenze di varie specie, soprattutto nelle piante a giorno lungo (PDL). Associati ai fitocromi, presentano un effetto sinergico, stimolando il differenziamento delle strutture floreali, come petali, stami o carpelli, durante la fioritura.

Fioritura negli agrumi. Fonte: pixabay.com

D'altra parte, provocano la germinazione di semi che rimangono dormienti. Attivano infatti la mobilitazione delle riserve, inducendo la sintesi di amilasi e proteasi nei semi.

Allo stesso modo, favoriscono lo sviluppo dei frutti, stimolando l'allegagione o la trasformazione dei fiori in frutti. Inoltre, promuovono la partenocarpia e vengono utilizzati per produrre frutti senza semi.

Modalità di azione

Le gibberelline promuovono la divisione e l'allungamento cellulare, poiché le applicazioni controllate aumentano il numero e le dimensioni delle cellule. Il modo di azione delle gibberelline è regolato dalla variazione del contenuto di ioni calcio nei tessuti.

Questi fitormoni si attivano e generano risposte fisiologiche e morfologiche a concentrazioni molto basse nei tessuti vegetali. A livello cellulare, è essenziale che tutti gli elementi coinvolti siano presenti e vitali affinché il cambiamento avvenga.

Il meccanismo d'azione delle gibberelline è stato studiato sul processo di germinazione e crescita dell'embrione nei semi d'orzo (Hordeum vulgare). Infatti, la funzione biochimica e fisiologica delle gibberelline è stata verificata sui cambiamenti che avvengono in questo processo.

Coltivazione dell'orzo. Fonte: pixabay.com

I semi di orzo hanno uno strato di cellule ricche di proteine ​​sotto l'episperma, chiamato strato di aleurone. All'inizio del processo di germinazione, l'embrione rilascia gibberelline che agiscono sullo strato di aleurone che genera allo stesso tempo enzimi idrolitici.

In questo meccanismo, l'α-amilasi, responsabile della scomposizione dell'amido in zuccheri, è il principale enzima sintetizzato. Gli studi hanno dimostrato che gli zuccheri si formano solo quando è presente lo strato di aleurone.

Pertanto, l'α-amilasi originaria dello strato di aleurone è responsabile della trasformazione dell'amido di riserva nell'endosperma amidaceo. In questo modo gli zuccheri e gli amminoacidi rilasciati vengono utilizzati dall'embrione secondo le sue esigenze fisiologiche.

Si presume che le gibberelline attivino alcuni geni che agiscono sulle molecole di mRNA responsabili della sintetizzazione dell'α-amilasi. Sebbene non sia stato ancora verificato che il fitoormone agisca sul gene, la sua presenza è essenziale per la sintesi dell'RNA e la formazione degli enzimi.

Biosintesi della gibberellina

Le gibberelline sono composti terpenoidi derivati ​​dall'anello gibbene composto da una struttura tetraciclica ent-giberelane. La biosintesi viene eseguita attraverso la via dell'acido mevalonico, che è la principale via metallica negli eucarioti.

Questo percorso si verifica nel citosol e nel reticolo endoplasmatico di cellule di piante, lieviti, funghi, batteri, alghe e protozoi. Il risultato sono strutture a cinque atomi di carbonio chiamate isopentenil pirofosfato e dimetilallil pirofosfato utilizzate per ottenere isoprenoidi.

Gli isoprenoidi sono le molecole promotrici di varie particelle come i coenzimi, la vitamina K e tra di loro i fitormoni. A livello vegetale, normalmente la via metabolica termina con l'ottenimento di GA ₁₂ -aldeide.

Una volta ottenuto questo composto, ogni specie vegetale segue processi diversi fino a ottenere la varietà di gibberelline conosciute. Ogni gibberellina, infatti, agisce in modo indipendente o interagisce con gli altri fitormoni.

Questo processo si verifica esclusivamente nei tessuti meristematici delle foglie giovani. Queste sostanze vengono poi trasferite al resto della pianta attraverso il floema.

In alcune specie, le gibberelline sono sintetizzate all'apice della radice, essendo traslocate allo stelo attraverso il floema. Allo stesso modo, i semi immaturi hanno un alto contenuto di gibberelline.

Ottenere gibberelline naturali

La fermentazione di fonti azotate e gassate e di sali minerali è il modo naturale per ottenere le gibberelline commerciali. Come fonte di carbonio vengono utilizzati glucosio, saccarosio, farine e grassi naturali e vengono applicati sali minerali di fosfato e magnesio.

Il processo richiede dai 5 ai 7 giorni per una fermentazione efficace. Sono necessarie condizioni di agitazione e aerazione costanti, mantenendo una media di 28 ° - 32 ° C e livelli di pH di 3-3,5.

Infatti, il processo di recupero della gibberellina viene effettuato attraverso la dissociazione della biomassa dal brodo fermentato. In questo caso, il supernatante privo di cellule contiene gli elementi utilizzati come regolatori della crescita delle piante.

A livello di laboratorio, le particelle di gibberellina possono essere recuperate attraverso un processo di colonne di estrazione liquido-liquido. Per questa tecnica, l'acetato di etile viene utilizzato come solvente organico.

In caso contrario, le resine a scambio anionico vengono applicate al supernatante, ottenendo la precipitazione delle gibberelline mediante eluizione in gradiente. Infine, le particelle vengono essiccate e cristallizzate secondo il grado di purezza stabilito.

In campo agricolo si utilizzano le gibberelline con un grado di purezza compreso tra il 50 e il 70%, miscelate con un ingrediente commercialmente inerte. Nelle tecniche di micropropagazione e nelle colture in vitro, si raccomanda l'uso di prodotti commerciali con un grado di purezza superiore al 90%.

Effetti fisiologici

L'applicazione delle gibberelline in piccole quantità promuove varie azioni fisiologiche nelle piante, tra cui:

• Induzione della crescita dei tessuti e dell'allungamento dello stelo
• Stimolazione della germinazione
• Promozione allegagione da fiori
• Regolazione della fioritura e dello sviluppo dei frutti
• Trasformazione di piante semestrali in annuali
• Alterazione dell'espressione sessuale
• Soppressione del nanismo

Crescita delle piante. Fonte: flickr.com

L'applicazione esogena delle gibberelline agisce sulla condizione giovanile di alcune strutture vegetali. Talee o talee utilizzate per la moltiplicazione vegetativa, iniziano facilmente il processo di radicazione quando si manifesta il suo carattere giovanile.

Al contrario, se le strutture vegetali manifestano il loro carattere adulta, la formazione delle radici è nulla. L'applicazione delle gibberelline consente alla pianta di passare dalla condizione giovanile a quella adulta, o viceversa.

Questo meccanismo è essenziale quando si desidera iniziare a fiorire in colture che non hanno completato la loro fase giovanile. Esperimenti con specie legnose, come cipressi, pini o tasso, sono riusciti a ridurre notevolmente i cicli di produzione.

Applicazioni commerciali

Le esigenze di ore diurne o di freddo in alcune specie possono essere soddisfatte mediante applicazioni specifiche di gibberelline. Inoltre, le gibberelline possono stimolare la formazione di strutture floreali e alla fine determinare gli attributi sessuali della pianta.

Nel processo di fruttificazione, le gibberelline promuovono la crescita e lo sviluppo dei frutti. Allo stesso modo ritardano la senescenza dei frutti, prevenendone il deterioramento sull'albero o garantendo un certo periodo di vita utile una volta raccolti.

Quando si desidera ottenere frutti senza semi (Partenocarpia), applicazioni specifiche di gibberelline inducono questo fenomeno. Un esempio pratico è la produzione di uva senza semi, che è più richiesta a livello commerciale rispetto alle specie con semi.

Frutti d'uva senza semi. Fonte: moyca.org

In questo contesto, le applicazioni delle gibberelline in semi dormienti consentono l'attivazione di processi fisiologici ed emergono da questa condizione. Una dose adeguata, infatti, attiva gli enzimi idrolitici che scompongono l'amido in zucchero, favorendo lo sviluppo dell'embrione.

A livello biotecnologico, le gibberelline vengono utilizzate per rigenerare i tessuti in colture in vitro di espianti privi di patogeni. Allo stesso modo, le applicazioni delle gibberelline nelle piante madri stimolano la loro crescita, facilitando l'estrazione di apici sani a livello di laboratorio.

A livello commerciale, le applicazioni delle gibberelline nella coltivazione della canna da zucchero (Saccharum officinarum) consentono di aumentare la produzione di zucchero. A questo proposito, questi fitormoni inducono l'allungamento degli internodi dove viene prodotto e immagazzinato il saccarosio, quindi maggiore è la dimensione, maggiore è l'accumulo di zucchero.

Riferimenti

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