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om Smog zur Wissenschaft: Wie wurde im 19. Jahrhundert die wundersame Wirkung von Ethylen entdeckt
Ethylen mit der chemischen Formel CH2=CH2 ist ein ungesättigtes Kohlenwasserstoffgas, das in der Natur als natürliches Pflanzenhormon vorkommt. Es ist das einfachste Alkengas und das erste Gas, von dem bekannt ist, dass es als Hormon wirkt. Ethylen kann in allen Phasen des Pflanzenlebens in Spuren wirken, indem es die Fruchtreife, das Öffnen der Blüten und den Blattabwurf stimuliert und sogar bei Wasser- und Halbwasserpflanzen eine schnelle Dehnung fördert, um dem Untertauchen zu entkommen, eine Fluchtreaktion, die besonders wichtig ist Reisanbau.
„Ethylen ist ein starker Wachstumsregulator, der viele pflanzenphysiologische Prozesse beeinflussen kann.“
Gewerbliche Obstreifungsräume verwenden normalerweise „katalytische Generatoren“, um flüssiges Ethanol in Ethylengas umzuwandeln. Typischerweise bleiben die Ethylenkonzentrationen während des Reifungsprozesses 24 bis 48 Stunden lang zwischen 500 und 2000 ppm pro Kubikmeter. Bei der Gasverarbeitung in Reiferäumen muss der CO2-Gehalt sorgfältig kontrolliert werden, da die Reifung bei hohen Temperaturen (20 °C; 68 °F) dazu führen kann, dass die CO2-Konzentration innerhalb von 24 Stunden 10 % erreicht.
Verlauf
Ethylen wird seit langem in der Landwirtschaft eingesetzt. Die alten Ägypter schnitten Feigen, um die Reifung zu fördern (Wunden regen die Produktion von Ethylen im Pflanzengewebe an). Im alten China wurde Weihrauch in einem geschlossenen Raum verbrannt, um die Reifung der Birnen zu fördern. Im 19. Jahrhundert bemerkten Stadtbewohner, dass Gaslecks aus Straßenlaternen zu verkümmertem Pflanzenwachstum, wunderschönen verwelkten Blumen und vorzeitigem Blattverlust führten. Im Jahr 1874 entdeckten Wissenschaftler, dass Rauch Ananasfelder zum Blühen bringen kann. Der Rauch enthielt dann Ethylen erzeugende Wirkstoffe wie „Vinylalkohol“ oder „Naphthalinessigsäure“.
„Beobachtungen aus dem 19. Jahrhundert zeigten die wichtige Wirkung von Ethylen im Rauch auf das Pflanzenwachstum.“
Die wissenschaftliche Untersuchung von Ethylen als Faktor in der Pflanzenphysiologie begann im späten 19. Jahrhundert. Im Jahr 1896 untersuchte der russische Botaniker Dimitri Nelyubov Erbsen und entdeckte, dass der Wirkstoff im Leuchtgas Ethylen war, das die Bewegung von Erbsen anregen konnte. Er berichtete über diese Entdeckung im Jahr 1901. Im Jahr 1917 zeigte Sarah Daunt außerdem, dass Ethylen aus Leuchtgas die Abszision in Pflanzen anregen kann. Landwirte in Florida, die oft Öllampen anzündeten, um ihre Ernte in ihren Schuppen reifen zu lassen, dachten zunächst, die Ursache sei Hitze. Im Jahr 1924 entdeckte Frank E. Denny, dass aus Petroleumlampen freigesetztes Ethylen die Reifung fördert, und schrieb im „Journal of Botany“:
„Ethylen löst die gewünschten Ergebnisse so effektiv aus, dass Ethylenkonzentrationen von nur einem Teil pro Million Teile Luft dazu führen können, dass grüne Zitronen in etwa sechs bis zehn Tagen gelb werden.“
Im selben Jahr veröffentlichte Denny einen detaillierten Versuchsbericht und demonstrierte experimentell die Vorteile der Verwendung von Ethylen gegenüber der Verwendung von Erdöl. Im Jahr 1934 entdeckte der britische Biologe Richard Gump, dass eine chemische Komponente in reifen Bananen die Reifung grüner Bananen bewirken kann, und er zeigte, dass Ethylen diesen Wachstumseffekt ebenfalls auslösen kann.
Ethylen-Syntheseweg
Ethylen wird von fast allen Teilen höherer Pflanzen synthetisiert, einschließlich Blättern, Stängeln, Wurzeln, Blüten, Früchten, Knollen und Samen. Die Ethylenproduktion wird durch verschiedene Entwicklungs- und Umweltfaktoren reguliert. Während des Lebens einer Pflanze erfolgt die Ethylenproduktion in bestimmten Wachstumsstadien wie der Keimung, der Fruchtreife, dem Abwerfen der Blätter und der Seneszenz der Blüten. Der Ethylensyntheseweg ist als Yang-Zyklus bekannt und basiert auf wichtigen Beiträgen des Wissenschaftlers Chang Fa Yang. Bei der Synthese von Ethylen erfolgt die Umwandlung von der Aminosäure Methionin zu S-Adenosyl-L-methionin, gefolgt von der ACC-Synthase zu 1-Aminocyclopropan-1-carbonsäure und schließlich zu Ethylen unter Beteiligung von Sauerstoff.
„Die Synthese von Ethylen wird durch endogenes oder exogenes Ethylen induziert.“
Die Ethylenwahrnehmung in Pflanzen wird durch eine Gruppe von Transmembranproteindimeren reguliert, wie beispielsweise das ETR1-Protein in Arabidopsis thaliana. Die Klonierung dieser Sensorfaktoren wurde in einer Vielzahl von Pflanzen erfolgreich durchgeführt. Es wurde auch eine Reihe von durch Ethylen ausgelösten Pflanzenreaktionen identifiziert, darunter Kelchalterung, Fruchtreifung, Wurzelhaarwachstum usw. Die Entdeckung dieser Reaktionsformen führt uns zu einem besseren Verständnis der Auswirkungen von Umwelt- und biologischen Faktoren auf die Pflanzenphysiologie.
Denken Sie an die Auswirkungen von Ethylen
In der Landwirtschaft hat Ethylen nicht nur einen positiven Einfluss auf die Reifung und Blüte der Pflanzen, sondern hilft auch bei der Bewältigung von Herausforderungen wie Umweltstress und Salzschäden. Wenn jedoch übermäßig viel Ethylen vorhanden ist, beeinträchtigt es die Haltbarkeit von Früchten erheblich, fördert die Alterung von Blüten, beschleunigt deren Welken und verursacht wirtschaftliche Verluste.
„Wie man Ethylen effektiv für das Wachstum und die Reifung von Pflanzen nutzen kann, ohne schädliche Folgen zu haben, bleibt eine wichtige Herausforderung für Wissenschaftler.“
Obwohl die Forschung zu Ethylen immer weiter voranschreitet, muss sein Mechanismus noch umfassender erforscht werden. Zukünftige Forschungen könnten weitere Geheimnisse natürlicher Hormone enthüllen und es uns ermöglichen, zu überdenken, was die wissenschaftliche Entwicklung des Pflanzenwachstums in Zukunft bewirken wird?
