Language
Country/Area
No result found
ừ sương mù đến khoa học: Tác dụng kỳ diệu của ethylene được phát hiện như thế nào vào thế kỷ 19
Ethylene, với công thức hóa học CH2=CH2, là một loại khí hydrocarbon không bão hòa tồn tại trong tự nhiên dưới dạng một loại hormone thực vật tự nhiên. Đây là loại khí olefin đơn giản nhất và là loại khí đầu tiên được biết đến có tác dụng như một loại hormone. Ethylene hoạt động ở lượng nhỏ ở mọi giai đoạn của đời sống thực vật, bằng cách kích thích hoặc điều chỉnh quá trình chín của quả, nở hoa, rụng lá và thậm chí ở thực vật thủy sinh và bán thủy sinh, thúc đẩy quá trình kéo dài nhanh chóng để thoát khỏi tình trạng ngập nước, thoát khỏi Phản ứng. Điều này đặc biệt quan trọng đối với nghề trồng lúa.
"Ethylene là chất điều hòa sinh trưởng mạnh mẽ ảnh hưởng đến nhiều quá trình sinh lý của thực vật."
Các phòng làm chín trái cây thương mại thường sử dụng "máy tạo xúc tác" để chuyển đổi etanol lỏng thành khí etylen. Thông thường trong quá trình chín, nồng độ ethylene duy trì ở mức từ 500 đến 2000 ppm trên một mét khối trong vòng 24 đến 48 giờ. Khi cung cấp khí trong phòng ủ chín, nồng độ CO2 phải được kiểm soát cẩn thận, vì nhiệt độ cao để ủ chín (20°C; 68°F) có thể dẫn đến nồng độ CO2 lên tới 10% trong vòng 24 giờ.
Lịch sử
Ethylene có lịch sử sử dụng lâu dài trong nông nghiệp. Người Ai Cập cổ đại thường làm tổn thương quả sung để thúc đẩy quả chín (vết thương kích thích sản xuất ethylene trong mô thực vật). Ở Trung Quốc cổ đại, người ta thường đốt hương trong phòng kín để thúc đẩy quả lê chín nhanh hơn. Vào thế kỷ 19, người dân thành phố nhận thấy rằng rò rỉ khí từ đèn đường khiến cây còi cọc, hoa héo và lá rụng sớm. Năm 1874, các nhà khoa học phát hiện ra rằng khói có thể làm cho các cánh đồng dứa nở hoa. Khói chứa ethylene, và sau đó khói được thay thế bằng các chất tạo ra ethylene như "vinyl alcohol" hoặc "naphthaleneacetic acid".
"Các quan sát vào thế kỷ 19 đã tiết lộ những tác động quan trọng của ethylene trong khói đối với sự phát triển của thực vật."
Nghiên cứu khoa học về ethylene như một yếu tố trong sinh lý thực vật bắt đầu vào cuối thế kỷ 19. Năm 1896, nhà thực vật học người Nga Dimitri Nelyubov đã nghiên cứu đậu Hà Lan và phát hiện ra rằng thành phần hoạt tính trong khí phát sáng là ethylene, có khả năng kích thích sự chuyển động của đậu Hà Lan. Ông đã báo cáo khám phá này vào năm 1901. Năm 1917, Sarah Dought cũng chứng minh rằng ethylene từ khí chiếu sáng có thể kích thích sự rụng lá ở thực vật. Những người nông dân Florida, những người thường xuyên làm chín cây trồng trong nhà kính bằng cách thắp đèn dầu, ban đầu nghĩ rằng nguyên nhân là do nhiệt. Năm 1924, Frank E. Denny phát hiện ra rằng chính khí ethylene do đèn dầu giải phóng đã thúc đẩy quá trình chín và ông đã viết trên Tạp chí Thực vật học:
"Ethylene có hiệu quả cao trong việc tạo ra hiệu ứng mong muốn đến nỗi ngay cả nồng độ chỉ một phần triệu trong không khí cũng có thể khiến một quả chanh xanh chuyển sang màu vàng trong khoảng sáu đến mười ngày."
Cùng năm đó, Denny đã công bố một báo cáo thử nghiệm chi tiết và chứng minh bằng thực nghiệm những ưu điểm của việc sử dụng ethylene so với việc sử dụng dầu mỏ. Năm 1934, nhà sinh vật học người Anh Richard Gang phát hiện ra rằng các hóa chất trong chuối chín có thể khiến chuối xanh chín, và ông đã chứng minh rằng ethylene cũng có thể kích hoạt hiệu ứng tăng trưởng này.
Con đường tổng hợp ethylene
Ethylene được tổng hợp bởi hầu hết các bộ phận của thực vật bậc cao, bao gồm lá, thân, rễ, hoa, quả, củ và hạt. Quá trình sản xuất ethylene được điều chỉnh bởi nhiều yếu tố phát triển và môi trường. Trong suốt vòng đời của cây, một số giai đoạn sinh trưởng nhất định sẽ kích hoạt quá trình sản xuất ethylene, chẳng hạn như nảy mầm, quả chín, rụng lá và hoa héo. Con đường tổng hợp ethylene được gọi là chu trình Yang, dựa trên những đóng góp quan trọng của nhà khoa học Chang Fa Yang. Quá trình tổng hợp ethylene bao gồm quá trình chuyển đổi axit amin methionine thành S-adenosyl-L-methionine, sau đó là sản xuất axit 1-aminocyclopropane-1-carboxylic thông qua ACC synthase, quá trình cuối cùng tạo ra ethylene khi có oxy.
"Sự tổng hợp ethylene được kích thích bởi ethylene nội sinh hoặc ngoại sinh."
Khả năng nhận biết ethylene ở thực vật được điều chỉnh bởi một nhóm protein dimer xuyên màng, chẳng hạn như protein ETR1 ở Arabidopsis thaliana. Việc nhân bản các yếu tố cảm giác này đã được thực hiện thành công ở nhiều loài thực vật. Một loạt các phản ứng của thực vật do ethylene gây ra cũng đã được xác định, bao gồm quá trình lão hóa đài hoa, quả chín và sự phát triển của lông rễ. Việc khám phá ra các kiểu phản ứng này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tác động của các yếu tố môi trường và sinh học lên sinh lý thực vật.
Nhớ tác dụng của Ethylene
Trong nông nghiệp, ethylene không chỉ có tác động tích cực đến quá trình trưởng thành và ra hoa của cây mà còn giúp cây vượt qua những thách thức như căng thẳng về môi trường và thiệt hại do muối. Tuy nhiên, khi ethylene có quá nhiều, nó có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến thời hạn bảo quản của trái cây, thúc đẩy quá trình lão hóa của hoa, đẩy nhanh quá trình héo của hoa và dẫn đến thiệt hại về kinh tế.
"Làm thế nào để sử dụng hiệu quả ethylene cho sự phát triển và trưởng thành của cây mà không gây ra hậu quả bất lợi vẫn là một thách thức quan trọng mà các nhà khoa học phải đối mặt."
Mặc dù nghiên cứu về ethylene tiếp tục được đào sâu hơn, cơ chế của nó vẫn cần được khám phá toàn diện hơn. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tiết lộ nhiều bí ẩn hơn về hormone tự nhiên, cho phép chúng ta suy nghĩ lại về tương lai mà sự phát triển khoa học về tăng trưởng thực vật sẽ mang lại?
