EPIN

Biostymulatory mogą działać w roślinie jak katalizator, aktywując procesy życiowe. Sterują hormonami i zwiększają odporność na czynniki stresowe. Wiele z tych preparatów wykazuje działanie stymulujące rozwój systemu korzeniowego, wspomaga proces kwitnienia i dojrzewania. Rośliny poddane ich działaniu wykazują zwiększoną produkcję chlorofilu, mają lepiej rozbudowany system korzeniowy, szersze i mocniejsze liście (Nawożenie 2021)

Jednym z innowacyjnych biostymulatorów stosowanych w zawiesinowych nawozach dolistnych jest steryd roślinny z grupy brasinosteroidów EPIN (epibrasinolid). Zgodnie z rozporządzeniem wykonawczym  2021/ 427 z dnia 10 marca 2021 r 24-epibrasinolid został zatwierdzony jako substancja czynna niskiego ryzyka. Jest to związek występujący naturalnie w niewielkich ilościach w pyłku kwiatowym rzepaku. Obecnie w preparatach nawozowych wykorzystuje się brasinosteroid syntetycznie pozyskiwany a fitosterolu – kampesterolu w czasie reakcji oksydacyjnych. Podstawowe działanie tego sterydu polega na stymulowaniu procesów fizjologicznych roślin, a tym samym wpływa na wielkość i jakość osiąganych plonów.

Pierwszym odkrytym brasinosteroidem był brasinolid, który w roku 1979 został wyizolowany z pyłku rzepaku (Brassicia napus). Związek ten odpowiada głównie za wydłużenie łodygi, stymulację podziałów komórkowych oraz ochronę roślin przed stresem środowiskowym. Od tamtego czasu opisano około 70 naturalnie występujących związków z tej grupy w postaci wolnych cząsteczek lub koniugatów z glukozą i kwasami tłuszczowymi. Substancje te są strukturalnie podobne do androgenów, estrogenów, kortyzoidów i ekdysteroidów. Stwierdzono ich obecność zarówno o roślin niższych jak i wyższych, zwłaszcza okrytozalążkowych. A także we wszystkich organach roślin, w tym w korzeniach, łodygach, liściach, kwiatach, pylnikach, pyłku, nasionach i ziarnach.(Bajguz i Tretyn2023, Yokota i in 2017, Bajguz 2019, Zullo i Bajguz 2019).

W latach 70 tych XX w we frakcji lipidowej uzyskanej z pyłku rzepaku, stwierdzono bliżej nieznane związki o silnym działaniu pobudzającym wzrost roślin (Mitchel 1970). Związki te nazwano brasinami. Kilka lat później, w wyniku szczegółowych badań ekstraktów pyłkowych rzepaku dokładnie poznano i opisano strukturę chemiczną brasinolidu BR. Był to pierwszy związek o charakterze regulatora wzrostu należący do grupy steroidów (Grove i in 1979). Obecnie znamy kilkadziesiąt regulatorów o tej budowie. Określamy je mianem brasinosteroidów i oznaczamy symbolem BR (Mandava 1988).

Do naturalnych BR należą m.in. 24-epibrasinolid i 28-homobrasinolid. Na drodze chemicznej syntezy uzyskano brasinosteroidy syntetyczne lub ich analogi, nie występujące w warunkach naturalnych, ale posiadające aktywność biologiczną zbliżoną lub identyczną z naturalnymi BR. Cechą charakterystyczną BR jest fakt, że wykazują one aktywność fizjologiczną w stężeniach około 1000 razy mniejszych niż inne dotychczas znane roślinne hormony (Jankiewicz 1997, 2003). Hormony BR przeciwdziałają utracie barwników fotosyntetycznychw przypadku stresu solnego i termicznego (Anuradha i Rao 2003), sprzyjają produkcji ochronnych białek szoku cieplnego (Dhaaubhadel i in 1999, 2002), ograniczają akumulację metali ciężkich w roślin i wspomagają produkcję ochronnych fitochelatyn oraz chronią kompleks rozkładu wody przed uszkodzeniami spowodowanymi kadmem (Bajguz 2000).

Brasinosteroidy podtrzymują wydajność transportu energii w obrębie fotosystemu II w przypadku stresu spowodowanego kadmem oraz wysoką temperaturą (Janeczko i inn 2005).

Brasinosteroidy zwiększają w warunkach stresu aktywność enzymów antyoksydacyjnych u roślin (Mazorra i in 2002). Ich działanie prowadzi do poprawy plonowania i poprawia jakość plonu roślin uprawnych.

Badania nad stymulacją plonowania upraw pod wpływem BR prowadzi się m.in. w Indiach, Chinach, na Kubie i w Kanadzie. Zastosowanie BR powodowało zwyżki plonów pszenicy o 1 tonę/ ha, ziemniaków 4t/ha, ryżu 1,5 t/ha, bawełny 1 t/ha. (Zullo i Adam 2002).

Obecnie w wielu krajach większy nacisk kładzie się nie tyle na wzrost plonowania co na jakość plonu i tutaj zastosowanie BR wpływa na poprawę wartości odżywczych plonu. W orzeszkach ziemnych EPIN powodował wzrost tłuszczu z 40% do 58,5% (Vardhini i Rao1998). Wiele badań dotyczących aktywności BR w rolnictwie i ogrodnictwie pochodzi z Chin, Japonii i są one publikowane w tamtejszych narodowych językach, co znacząco utrudnia swobodny przepływ informacji. Na konferencji American Society of Plant Biologistsw 2000 roku przedstawiono stan badań nad wdrażaniem BR do produkcji rolniczej w Chinach. Z danych wynikało że EPIN zwiększał w burakach cukrowych zawartość cukru, poprawiał jakość owoców (arbuza i winogron) a także warzyw, zwłaszcza rosnących w niesprzyjających warunkach. W pszenicy powodował zawiązywanie większej liczby ziarniaków w kłosie, zwiększając masę 1000 ziaren, a u kukurydzy sprzyjał lepszemu wypełnieniu kolb ziarnem (Zhao 2000).

BR mogą być stosowane jako ukorzeniacze, preparaty zapobiegające przedwczesnemu opadaniu zawiązków owocowych, mogą też ochraniać rośliny uprawne przed niekorzystnym działaniem herbicydów (Zullo i Adam 2002).

Brasinosteroidy są związkami naturalnie występującymi w roślinach stąd, nawet podawanie egzogenne poprzez opryski nie stanowi zagrożenia dla człowieka i środowiska.

BR wykazują wielorakie działanie i mogą modyfikować różne procesy fizjologiczne analogicznie do znanych hormonów takich jak auksyny, gibeleriny, cytokininy. Są to najaktywniejsze regulatory wzrostu w pobudzaniu roślin do wydłużania łodyg.

BR wpływają na wzrost oraz rozwój roślin w bardzo niskich stężeniach (rzędu 10ˉ⁷ – 10ˉ¹⁵) Aktywność ich przejawia się silną stymulacją wzrostu wydłużeniowego oraz przyspieszeniem podziałów komórkowych, szczególnie w młodych rozwijających się tkankach . BR stymulują różne procesy, m.in. wzrost łagiewki pyłkowej,  hamują opadanie liści, pobudzają różnicowanie się drewne, indukują epinastię oraz podwyższają procent skiełkowanych starych nasion. Stężenie wolnych BR wzrasta wzraz z dojrzewaniem pyłku. W roślinach traktowanych BR wzrasta zawartość RNA i DNA  oraz białek.

BR podwyższają odporność na różnego rodzaju stresy, jak zbyt wysokie lub zbyt niskie temperatury, infekcje grzybowe, uszkodzenia przez herbicydy i sole. Siewki pomidora, kukurydzy potraktowane BR wykazują podwyższoną odporność na chłód. Wykazano stymulujący wpływ BR na wydłużanie się korzeni oraz liści rzodkiewki.

Br mogą brać udział w kontroli wzrostu i rozwoju rośliny współdziałając  z innymi hormonami lub zmieniając ich efektywność. Mogą zmieniać równowagę między endogennymi hormonami takimi jak IAA, ABA, GA oraz etylenem.

Brasinosteroidy odgrywają zasadniczą rolę w rozwoju i wzroście roślin. Wywołują szerokie spektrum reakcji morfologicznych i fizjologicznych oraz tolerancję na stres abiotyczny i biotyczny (Bajguz i Hayat 2009, Bajguz i Piotrowska-Niczyporuk 2014, Wei i Li 2019, Wenderborn i in 2019, Ahanger i in 2018, Siddiqui i in 2018, Nolan i in 2020).

Występują w wyjątkowo niskich koncentracjach w komórkach wszystkich tkanek wielu gatunków roślin. Najbogatszym źródłem brasinosteroidów są ziarna pyłku i niedojrzałe nasiona. W pędach i liściach odnotowuje się ich niższe koncentracje.

BR to grupa hormonów roślinnych odkrytych pod koniec lat 70 tych XX w. Regulują przebieg różnych procesów rozwojowych w cyklu życiowym roślin, począwszy od powstawania nasion i kiełkowania, rozwoju w ciemności i świetle, poprzez stymulację podziałów komórek i ich wydłużania, regulację różnicowania elementów przewodzących (transportujących) wodę i asymilaty w roślinie, wpływają one na wydajność procesu fotosyntezy, regulują wejście roślin w generatywną fazę rozwoju (kwitnienie) a także wpływają na tempo starzenia się liści. Tak szeroki zakres regulowanych przez BR procesów jest możliwy dzięki interakcjom z innymi hormonami, a molekularna sieć tych interakcji jest nadal badana. (Gruszka 2019)

Niebezpieczeństwa  w postaci stresów abiotycznych (głównie susza i stres termiczny) jakim podlegają rośliny uprawne są zależne od postępujących zmian klimatycznych i ich tempa.

Brasinosteroidy to ważna grupa roślinnych hormonów steroidowych, które aktywnie uczestniczą w niezliczonych, kluczowych procesach wzrostu i rozwoju, od kiełkowania po starzenie się rośliny. Znane są też ze swej skutecznej roli w łagodzeniu wywołanych stresem zmian w prawidłowym metabolizmie poprzez aktywację różnych mechanizmów tolerancji. Wysiłki mające na celu poprawę wzrostu roślin poprzez egzogenne zastosowanie BR (opryski na liście, zaprawianie nasion przed siewem lub poprzez podłoże do uprawy korzeni) zyskały dużą popularność na całym świecie. Egzogenne zastosowanie BR na zestresowane rośliny nadaje mechanizmy tolerancji na stres. W indukowanej przez BR regulacji procesów fizyczno-biochemicznych w roślinach donoszono o interakcji BR z innymi fitohormonami. To pokazuje ogromny potencjał w zakresie pomagania roślinom w przeciwdziałaniu zmianom wywołanym stresem. (Ahanger, Ashraf, Bajguz 2018)

Brasinosteroidy są znajdowane w większych ilościach w młodych tkankach roślinnych. Cząsteczki EPIN przyłączają się do receptora błonowego i powstaje kompleks hormon-receptor, który ma właściwości kinazy BAK1. Wnika do jądra komórkowego, gdzie odnajduje właściwe miejsce w chromatynie. Zachodzą procesy transkrypcji i translacji, po czym wydzielane jest nowe białko. Wykazany został udział brasinosteroidów w licznych procesach zachodzących w roślinach;

– stymulacja wzrostu i wydłużania komórek we współdziałaniu z auksynami

– odgrywają rolę w podziałach komórkowych i odtwarzaniu ściany komórkowej

– wywołują różnicowanie się komórek naczyniowych

– są konieczne przy formowaniu łagiewki pyłkowej,

– współdziałając z etylenem, powodują szybsze dojrzewanie owoców

– mogą działać ochronnie podczas okresu chłodu i suszy działającej na rośliny

W badaniach naukowych (Gruszka i Małuszyński 2010) nad brasinosteroidami stwierdzono przyspieszenie rozwoju poprzez regulację procesu fotosyntezy i skotomorfogenezy. Szybciej następuje rozwój korzeni bocznych i włośników. Sprawnie przebiegają procesy zawiązywania nasion i owoców. Nasiona pozyskane z upraw zasilonych nawozami dolistnymi zawierającymi EPIN  wykazują większą siłę kiełkowania. Brasinosteroid jest niezbędny do prawidłowego rozwoju pyłku kwiatowego. Optymalizuje czas kwitnienia. Zwiększa odporność na suszę, zasolenie gleby, niskie temperatury, patogeny i szkodniki. Jest pomocny w niwelowaniu niekorzystnych skutków wywołanych działaniem pestycydów. Zastosowany w  mieszaninie razem z fungicydami zwiększa ich skuteczność. Jest to substancja bardzo bezpieczna dla ludzi i środowiska naturalnego. Steryd ten działa tylko na roślinę, która była poddana jego działaniu. Nie pozostawia pozostałości w glebie ani w wodzie. Nie szkodzi owadom zapylającym. Nie ogranicza bioróżnorodności (Kawaliło 2013).