Второй стресс-гормон — этилен — "руководит” защитой растений от механических воздействий, болезнетворных микроорганизмов и грибов.
Этилен — это газообразное вещество, состоящее из двух атомов углерода и четырех атомов водорода.
Действие этилена на растения впервые было описано в 1901 г. русским ученым Д. Н. Нелюбовым. Он обнаружил, что этот газ способен вызывать задержку роста растяжением, утолщение растения и изменение его ориентации в пространстве (нарушение геотропизма — реакции на силу тяжести).
К настоящему моменту действие этилена на растения хорошо изучено. В частности, известно, что он защищает от повреждений молодые, пробивающиеся сквозь землю проростки.
Этот эффект достигается за счет комбинации трех свойств этилена. Во-первых, этилен вызывает изгибание проростка. Действительно, нежную верхушку проростка необходимо спрятать, поскольку в ней находится меристема — источник дальнейшего роста растения. Во-вторых, передняя часть проростка должна быть прочной. Этилен стимулирует утолщение клеток в области наибольшей механической нагрузки. В-третьих, в случае непреодолимых препятствий благодаря этилену проросток может, нарушив геотропизм, изменить маршрут под землей.
Кроме того, этилен замедляет рост побега растяжением, направляя все усилия начинающего жизнь растеньица на то, чтобы выбраться из-под земли. Замедление растяжения клеток проростка происходит потому, что этилен разрушает имеющийся ауксин и тормозит синтез новых молекул ауксина. По этой же причине нарушается геотропизм. Например, при затоплении растения страдают от недостатка кислорода, в них начинает накапливаться этилен. Это приводит к замедлению синтеза ИУК. В результате корни растут вверх: туда, где можно “подышать".
Связь между синтезом этилена и ауксина очень сложна. Как мы говорили, при интенсивном образовании этилена концентрация ауксина падает. А усиленный синтез ауксина, оказывается, стимулирует синтез этилена! Если отрезки корня из зоны роста растяжением помещать в растворы ИУК, то можно наблюдать их растяжение. Измерим длину этих отрезков и построим график зависимости их роста от содержания ИУК. Затем в растворы с ИУК в концентрации свыше 1 мг/л (т. е. когда уже резко подавляется рост корня) добавим нитрат серебра. Известно, что ионы серебра прочно связываются с этиленом, инактивируя его. Мы увидим, что стимулирующий эффект ИУК возобновился: рост отрезков корня растяжением продолжается. Оказывается, при концентрации ИУК выше 1 мг/л включается активный синтез этилена. Именно этилен, а не ИУК, подавляет рост отрезков корня, а при добавлении солей серебра рост возобновляется.
Приведем интересный пример участия этилена в ответе на механические воздействия.
Африканским фермерам надоело гонять стада антилоп по саванне, и они решили организовать выпасное хозяйство. Какое-то время антилопы нормально паслись на огороженных участках, поедая растущую на них акацию, но вскоре стали хиреть и умирать. Никто не мог понять, в чем дело. Какая антилопам разница — обдирать акацию в загоне или бегая по саванне? Биологи выяснили, что в тех акациях, которые растут в загоне, накапливаются в огромных количествах ядовитые таннины, вызывающие массовую гибель животных. Оказалось, что биосинтез таннинов зависит от этилена, который активно вырабатывается растениями при обрывании листьев. Поскольку в загоне акации страдают от механических повреждений сильнее, то и таннинов они синтезируют больше.
Как видите, этилен помогает растениям сохранить жизнь в борьбе с животными.
Кроме того, этилен запускает механизмы “починки” поврежденных тканей. В месте поранения образуется каллус. Но из-за выработки этилена каллус не разрастается до бесконечно больших размеров. Этилен тормозит биосинтез ауксина, тем самым замедляя рост каллуса.
Участвует этилен и в формировании ответа растения на болезнетворные грибы и микроорганизмы. При контакте с нитями (гифами) гриба в клетках растений образуется этилен, который включает программы синтеза фитоалексинов — защитных веществ, ядовитых для грибов. Под действием этилена оболочки клеток утолщаются и не дают гифам проникать дальше в растение.
Существенную роль играет этилен и в старении растений. Он ускоряет развитие цветка и созревание плодов. Это свойство этилена имеет практическое применение. Например, когда зеленые помидоры кладут на окно дозревать, к ним добавляют несколько красных помидоров. Но мало кто знает, что созревание ускоряет этилен, выделяемый красными помидорами. Чтобы ускорить созревание фруктов в хранилищах, их зачастую обрабатывают этиленом.