Hóa học của quá trình ra hoa thực vật

Nguyên nhân nào khiến thực vật ra hoa vào mùa xuân, và điều gì chịu trách nhiệm về phạm vi màu sắc và hương thơm mà chúng tạo ra? Bạn sẽ biết rõ trong bài viết này. Hãy giành ít thời gian để tìm hiểu hóa học của quá trình ra hoa của thực vật nhé!

Điều gì kích hoạt ra hoa?

Hành động ra hoa là sự thay đổi rõ ràng và mạnh mẽ nhất mà thực vật có hoa trải qua, và thành quả của lao động đó là những cây trồng mà thế giới phụ thuộc vào. 

Từ lâu, các nhà khoa học đã nghĩ rằng tín hiệu chuyển ngọn đang phát triển của chồi cây từ tạo lá sang tạo hoa truyền từ lá sang chồi, nhưng rất ít người biết về cách tín hiệu này thực hiện chuyến đi của nó. 

Gần đây, Hao Yu tại Đại học Quốc gia Singapore và các đồng nghiệp của ông đã cung cấp cái nhìn sâu sắc đầu tiên về cách điều này xảy ra, bằng cách xác định một loại protein cần thiết cho chuyển động của tín hiệu này.

Sự ra hoa được kích hoạt bởi các tín hiệu bên ngoài như độ dài ngày. Các thí nghiệm tiên phong tiết lộ rằng thực vật sử dụng lá của chúng để nhận biết độ dài ngày, gửi một tín hiệu bí ẩn, được gọi là “florigen” vào những năm 1930, tới ngọn đang phát triển của chồi, chính thức được gọi là mô phân sinh đỉnh của nó.

Hình ảnh minh họa kích thích hoa nở bằng Florigen. Ảnh: Development

Florigen (hoặc hormone nở hoa) là phân tử giả thuyết giống như hormone và chịu trách nhiệm kiểm soát và/hoặc kích thích sự ra hoa ở thực vật. 

Theo Wikipedia.

Sau nhiều thập kỷ nỗ lực, vào năm 2007, một protein có tên Flowering Locus T (gọi tắt là FT) cuối cùng đã được xác định là một phần của florigen được tìm kiếm từ lâu. 

Mặc dù nghiên cứu đã chỉ ra rằng FT di chuyển qua phloem (mạch rây) – các mạch mang đường, axit amin và các phân tử khác được tạo ra trong lá ở những nơi khác xung quanh cây – nhưng hoàn toàn không biết nó được vận chuyển như thế nào. 

Có vẻ như sự khuếch tán đơn giản có thể vận chuyển FT từ lá qua mạch rây đến tận chồi, nhưng nó vẫn là một bí ẩn về những gì protein có thể giúp nó trên đường phát triển của nó.

Xem thêm bài viết sau tại đây để hiểu rõ thêm cách florigen được vận chuyển để tạo ra hoa nhé!

Làm thế nào để biết hoa khi nào nở?

Để biết hoa nở khi nào là do một gen có tên là Apetala1. Một gen chủ duy nhất, Apetala1 kích hoạt sự phát triển sinh sản của cây, cho biết thời điểm bắt đầu ra hoa. Đúng vậy, một gen duy nhất là tất cả những gì cần thiết để làm cho cây bắt đầu ra hoa.

Cây nở hoa có Apetala1 hoạt động, trong khi cây mang gen Apetala1 không hoạt động có rất ít hoa, nếu có, với chồi lá mọc thay cho hoa.

Làm thế nào để biết hoa khi nào nở?. Ảnh: Wonderopolis

Khi gen Apetala1 bật, đầu tiên nó ra lệnh cho các gen khác gửi tín hiệu “dừng” đến các mô phân sinh của cây, làm ngừng sản xuất lá một cách hiệu quả. 

Nằm trong các khu vực của thực vật diễn ra sự phát triển, các mô phân sinh sau đó được cảnh báo để thay vào đó bắt đầu tạo hoa.

Cây nở hoa vào những thời điểm khác nhau do một số yếu tố, bao gồm thời tiết, nhiệt độ và lượng ánh sáng mặt trời mà cây nhận được, tất cả đều ảnh hưởng đến sự phát triển sinh sản của nó. 

Thông tin về những điều kiện này được chuyển tiếp đến Apetala1, nó sẽ kích hoạt khi nhận thấy rằng thời điểm thích hợp để bắt đầu ra hoa. 

Việc thay đổi khí hậu toàn cầu đang có tác động mạnh mẽ đến thời gian ra hoa, điều này dẫn đến hậu quả là chu kỳ sống của thực vật sẽ thay đổi.

Nguyên nhân khiến hoa có nhiều màu sắc khác nhau?

Hoa có đủ hình dạng và kích cỡ, nhưng điều khiến chúng thực sự khác biệt chính là màu sắc rực rỡ của chúng. Những màu này được tạo thành từ các sắc tố và nói chung, càng ít sắc tố thì màu càng nhạt. 

Các sắc tố phổ biến nhất trong hoa ở dạng anthocyanins. Các sắc tố này có màu từ trắng đến đỏ đến xanh lam đến vàng đến tím và thậm chí cả màu đen và nâu. 

Cấu trúc của Cyanin (sắc tố màu đỏ). Ảnh: PubChem

Một loại sắc tố khác được tạo thành từ các carotenoid. Carotenoid chịu trách nhiệm cho một số màu vàng, cam và đỏ. (Những kẻ nhỏ bé này là nguyên nhân tạo ra màu sắc rực rỡ của lá mùa thu!)

Trong khi nhiều loài hoa có màu sắc từ anthocyanins hoặc carotenoid, có một số loài có thể có màu sắc từ sự kết hợp của cả hai.

Anthocyanins và carotenoid là những nguồn chính tạo nên màu sắc của hoa, nhưng có những yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến cách màu sắc tự thể hiện. 

Lượng ánh sáng hoa nhận được khi chúng phát triển, nhiệt độ của môi trường xung quanh chúng, thậm chí cả độ pH của đất nơi chúng phát triển có thể ảnh hưởng đến màu sắc của chúng. 

Một yếu tố khác là căng thẳng từ môi trường. Sự căng thẳng này có thể bao gồm hạn hán hoặc lũ lụt hoặc thậm chí thiếu dinh dưỡng trong đất, tất cả đều có thể làm giảm màu sắc của hoa. 

Và sau đó, tất nhiên, có thị giác mà mắt và não hình thành cùng nhau: con người, phần lớn, có thể xem tất cả các màu trong quang phổ khả kiến, NHƯNG mỗi người nhận thức màu sắc khác nhau, vì vậy hoa hồng đỏ có thể trông rực rỡ hơn đối với một người trong khi nó dường như bị tắt tiếng hơn với người khác. Vẻ đẹp (và màu sắc!) là trong mắt của người xem.

Cấu trúc của Zeaxanthin (sắc tố màu vàng). Ảnh: Wikipedia

Nguyên nhân khiến hoa có mùi?

Hoa của nhiều loài thực vật tạo ra mùi hương. Mùi hương này thường là một hỗn hợp phức tạp của các hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp, gọi tắt là VOCs, do hoa thải vào khí quyển và cấu trúc, màu sắc và mùi của nó là những yếu tố quan trọng trong việc thu hút các loài thụ phấn. 

Mặc dù các loài hoa có thể giống hệt nhau về màu sắc hoặc hình dạng, nhưng không có hai hương hoa nào hoàn toàn giống nhau vì sự đa dạng lớn của các hợp chất dễ bay hơi và sự tương tác và tương đối phong phú của chúng. 

Vì vậy, mùi hương là một tín hiệu hướng các loài thụ phấn đến một loài hoa cụ thể mà mật hoa và / hoặc phấn hoa là phần thưởng. 

Các chất bay hơi phát ra từ hoa có chức năng như cả chất dẫn dụ đường dài và khoảng cách ngắn, đồng thời đóng một vai trò nổi bật trong việc xác định và chọn lọc hoa của côn trùng, đặc biệt là hoa thụ phấn từ bướm đêm, chúng được phát hiện và ghé thăm vào ban đêm.

Sau đây là ví dụ về một số hợp chất hóa học điển hình trong 1 số loài hoa phổ biến:

Hoa hồng

Hoa hồng cho đến nay vẫn là lựa chọn hoa phổ biến nhất cho Ngày lễ tình nhân – và theo hiệp hội, hoa đắt nhất! Mùi hương của chúng chủ yếu bị ảnh hưởng bởi hợp chất được đặt tên theo loài hoa, (-) – cis-rose oxide. 

Phân tử này là một đồng phân cụ thể của ôxít hoa hồng (có 4 đồng phân khác nhau) và là đồng phân góp phần tạo nên hương thơm hoa hồng điển hình. 

Nó có thể được phát hiện bằng mũi của chúng ta ở nồng độ rất thấp trong không khí – thấp nhất là 5 phần tỷ. Để cho dễ hiểu thì một phần tỷ tương đương với một giây trong ba mươi hai năm.

Cấu trúc của , (-) – cis-rose oxide và , (-) – trans-rose oxide. Ảnh: Wikipedia

Một hợp chất khác góp phần tạo nên hương thơm của hoa hồng là beta-damascenone. Hợp chất này thuộc về một họ thực thể hóa học được gọi là xeton hoa hồng. 

Nó cũng có ngưỡng mùi thậm chí còn thấp hơn so với ôxít hoa hồng, với hương thơm của nó có thể phát hiện được chỉ 0,009 phần tỷ. 

Một hợp chất khác có ngưỡng mùi tương đối thấp, beta-ionone, cũng là một đóng góp quan trọng; cả hai hợp chất này đều là thành phần phụ của tinh dầu thực vật, nhưng có tầm quan trọng lớn đối với hương thơm được nhận biết của nó.

Các hợp chất khác đóng góp một phần nhỏ vào hương thơm bao gồm geraniol, nerol, (-) – citronellol, farnesol và linalool.

Hoa cẩm chướng

Hoa cẩm chướng cũng vậy, là một thành phần phổ biến của bó hoa. So với hoa hồng, mùi hương của chúng mờ hơn nhiều; các hóa chất tạo hương thơm chính tạo nên mùi hương này là eugenol, beta-caryophyllene, và các dẫn xuất của axit benzoic. 

Mùi hương có thể rất khác nhau giữa các loài hoa cẩm chướng khác nhau; một nghiên cứu liên quan điều này với tỷ lệ khác nhau của eugenol và methyl salicylate trong chất bay hơi của hương thơm. 

Eugenol thực sự là một hợp chất đã được thảo luận trước đây trên trang web, trong bối cảnh nó xuất hiện trong cây húng quế. 

Methyl salicylate cũng được tìm thấy trong nhiều loài thực vật khác, và thường được biết đến với tên gọi dầu cây xanh.

Hoa violet

Hoa violet có lẽ ít phổ biến hơn trong bó hoa so với hoa hồng và hoa cẩm chướng, nhưng có lẽ thú vị hơn nhiều từ góc độ hương thơm. 

Mùi hương của chúng chủ yếu là do sự hiện diện của các hợp chất gọi là ionones, trong đó có một loạt các dạng với cấu trúc khác nhau một cách tinh vi. 

Nhìn bề ngoài, điều này có vẻ không thú vị lắm – nhưng những ionones này có một tương tác đặc biệt với các thụ thể khứu giác của chúng ta.

Cấu trúc của những hợp cjat61 ionone. Ảnh: The Perfume Society

Chúng ta đã quen với hầu hết các mùi dai dẳng, vì não của chúng ta ghi nhận chúng dưới dạng hằng số và loại bỏ chúng. Đây là lý do tại sao bạn có thể quen với mùi nước hoa, đến mức bạn không còn nhận ra nó nữa. 

Đây là điểm khác biệt của ionones trong hương thơm của hoa violet. Về cơ bản, chúng làm ngắn mạch khứu giác của chúng ta, liên kết với các thụ thể và tạm thời làm mất nhạy cảm với chúng. 

Vì việc tắt này chỉ là tạm thời, các ionones có thể sớm được phát hiện trở lại và được đăng ký dưới dạng mùi mới. Do đó, mùi hương của violet dường như biến mất – sau đó xuất hiện trở lại!

Hoa loa kèn

Hoa loa kèn hay hoa lily là loài hoa thường được kết hợp với tang lễ ở một số quốc gia. Thành phần của chúng rất đa dạng ở các loài khác nhau, nhưng trong chi (E)-beta-ocimene và linalool là những thành phần chính của hương thơm. 

Hoa loa kèn không phải là đặc biệt trong việc sản xuất linalool – trên thực tế, nó được sản xuất bởi hơn 200 loài thực vật khác. 

Một số lượng lớn các sản phẩm vệ sinh cá nhân bao gồm hợp chất làm nước hoa và nó cũng được tìm thấy trong nước hoa.

Các hợp chất góp phần tạo mùi thơm khác trong hoa loa kèn bao gồm myrcene, một hợp chất cũng được tìm thấy trong hoa bia được sử dụng để nấu bia. 

Ngoài ra, một số loại lily có chứa eucalyptol (còn được gọi là 1,8-cineole), được gọi như vậy vì nó cũng là một thành phần chính của tinh dầu của cây bạch đàn.

Lục bình

Ba hợp chất là những yếu tố đặc biệt góp phần tạo nên mùi hương của lục bình. Ocimenol có mùi hương được mô tả là tươi và có múi, trong khi alcohol cinnamyl có mùi balsamic – tên của nó bắt nguồn từ thực tế là nó cũng xuất hiện trong quế. 

Một hợp chất khác, ethyl 2-methoxybenzoate, bổ sung thêm khía cạnh hương hoa, trái cây cho mùi hương.

Cấu trúc của Ocimenol. Ảnh: UFL

Hoa cúc

Một lần nữa, sự khác biệt giữa các thành viên của chi hoa cúc là đáng kể. Các hợp chất terpene như alpha-pinen, eucalyptol, camphor và borneol đều đã được tìm thấy với số lượng khác nhau ở các loài khác nhau. 

Alpha-pinen là một phân tử khác đã được thảo luận trước đây trên trang web, trong bối cảnh nó góp phần tạo nên mùi thơm của cây thông Noel

Các hợp chất được đặt tên theo bản thân hoa cúc cũng có mặt; chrysanthenone và chrysanthenyl acetate cả hai đều là những chất góp phần. Beta-caryophyllene cũng đã được phát hiện trong một số giống.

Tử đinh hương

Tử đinh hương là một loài hoa khác được đặt tên theo các hợp chất hóa học có trong hương thơm của chúng. 

Trong khi (E)-beta-ocimene là thành phần chính của hương thơm của chúng, nó cũng được đóng góp bởi aldehyde lilac và alcohol lilac. 

Giống như ôxít hoa hồng, cả hai hợp chất này đều có một số đồng phân khác nhau, có tác động khác nhau đến mùi hương tổng thể của hoa. 

Benzyl metyl ete cũng có tác động đáng kể đến mùi hương của chúng khi chúng nở rộ, góp phần tạo ra mùi trái cây.

Cấu trúc của (E)-beta-ocimene. Ảnh: Hairuichem

Hoa khác

Tất nhiên, có rất nhiều loại hoa khác không có ở đây. Trong một nỗ lực đề cập trong bài viết này, cần chỉ ra rằng các nghiên cứu có sẵn về hương thơm của một số loài hoa khá thưa thớt. 

Đặc biệt, sẽ rất tuyệt nếu bao gồm hoa tulip, nhưng thông tin về thành phần hương thơm của chúng rất khó tìm ra!

Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Choi CQ, Wikipedia, Livescience, Library of Congress, Scientificamerican, Compound InterestC&EN.

Đăng ký Bản tin
BÀI ĐĂNG MỚI

Đăng ký danh sách gửi thư của chúng tôi và nhận những nội dung thú vị và cập nhật vào hộp thư đến email của bạn.

Cảm ơn bạn đã đăng ký.

Đã xảy ra lỗi.

Share: